晶体光学基础

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光是一种自然现象，因为有了光人们才看到了宝石的美丽色彩＆宝石的奇妙的光学现象。
自然光一切从光源直接发出的光波，统称为自然光，如太阳光、灯光等。自然光的特点是在垂直光波传播方向的平面内，沿各个方向振动的光振幅相等。
偏振光在垂直光波传播方向的某一固定平面内沿一固定方向振动的光波称为平面偏振光，简称偏振光或偏光。
自然光可以通过反射、折射等作用转变成偏振光。
根据光学性质的不同，可以把宝石矿物划分为均质体＆非均质体两大类。一般的非晶质宝石＆等轴晶系宝石矿物，在各个方向上的光学性质相同，称为光性均质体，简称均质体，例如天然玻璃、钻石、石榴石、萤石、尖晶石等。中级晶族＆低级晶族的宝石矿物，其光学性质因方向而异，称为光性非均质体，简称非均质体。宝石中绝大多数属于非均质体，如红宝石、蓝宝石、祖母绿、水晶、碧玺等。
光的折射与反射：由于光的粒子性，光在均匀介质中沿直线传播，当光从一种介质传到另一种介质时，在两种介质的分界面上将发生折射和反射现象。反射光将按照反射定律返回介质中去，折射光按照折射定律进入到另一种介质中。
光的全反射：当光线从光密介质射入光疏介质时，随着入射角的增大至一定角度时，入射光不再发生折射，而是全部返回介质中，且遵循反射定律，这一现象称为全反射现象。宝石用的折射仪就是根据这一原理设计制作的。在宝石加工时，为了使刻面宝石达到对光的全反射效果，可以根据所加工宝石的折射率值，通过计算得出最佳的刻面角度。
光的漫反射：当一束平行光线照射到理想的抛光平面＆镜面时，入射光的绝大部分，依照反射定律沿同一方向被反射，且入射角与反射角相等，这种反射称为镜面反射。当一束光线照射到凹凸不平的物体表面时，光沿着不同方向发生反射，称为光的漫反射。
光的干涉：波长相同、相差恒定、传播方向相近的两束或两束以上的光在同一介质中相遇时，在交叠区域相互作用产生相长增强或相消删除的现象称为光的干涉作用。当两个相干波源的单色光发生干涉，将产生一系列明暗条纹，称为干涉条纹；而复色光（即白光）发生干涉时，产生由紫到红一系列的彩色条纹。由干涉作用产生的颜色叫做干涉色。在日常生活中，经常可以看见白色薄膜上的彩色条纹＆玻璃窗上有油膜而产生的彩色条纹，这些均是由薄膜干涉引起的，在薄膜干涉中，从底层反射的光与薄层顶部反射的光相叠加、干涉而形成颜色。在现实生活中，薄膜并不表现为均一平面，当薄膜不均匀时，即薄膜厚度发生变化时，也会发生干涉。晕彩是宝石中最常见的干涉现象，如晕彩石英，当光通过石英裂隙中的空气薄膜时发生干涉，从薄层底部反射的光与薄层顶部的反射光相叠加，使得原本无色的石英呈现五颜六色的干涉色。
光的衍射：光波在遇到障碍物时，偏离直线传播方向的现象叫做光的衍射现象。当复色光（即白光）发生衍射时，产生的是五颜六色的彩色条纹，衍射产生的是纯正的光谱色。光的衍射作用在宝石学上有两个重要应用：一是利用光栅干涉的原理，设计制作了宝石用的分光镜；另一是很好的解释了宝石中的一些特殊光学现象，如欧泊的变彩效应。
光的色散：光在同一介质中的传播速度随波长而异的现象叫做光的色散。众所周知，白光是一种复色光，它由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫不同的单色光复合而成。当白光通过宝石的斜刻面时，各个单色光发生分解形成光谱色，其中红光的波长最长，偏离入射方向最小，而紫光的波长最短，偏离入射方向最大。色散在宝石中有两个重要意义，其一是可以作为肉眼鉴定宝石的特征之一，如在一堆无色透明的刻面宝石中，有水晶、绿柱石、黄玉、玻璃、＆钻石等，有经验的鉴定师就可以利用钻石的高色散值将钻石从中挑选出来。其二，高色散使宝石增添了无穷的魅力。无色的钻石之所以成为“宝石之王”，很重要的原因之一就是其具有高的色散，当自然光照射到切割好的钻石刻面上时，便会分解出光谱色，在钻石的表面形成一种五颜六色的“火彩”。
宝石的多色性：非均质体的宝石的光学性质随方向而异，对光波的选择性吸收及吸收强度随光波在晶体中的振动方向不同而发生变化。因此在单片光镜下转动宝石，可以发现非均质体宝石的颜色及颜色深浅会发生变化，这种颜色随光波在晶体中振动方向不同而改变的现象称为多色性。如山东的蓝宝石，呈现明显的二色性：蓝/蓝绿。