简单百科

作者:小编
阅读:1024
文章详情
火彩

随机推荐

火彩(英文名:Fire),宝石学术语,是当白光照射到透明刻面宝石时,因色散而使宝石呈现光谱色闪烁的一种光学现象,俗称“火”或“火头”。

火彩分为外部火彩、内部火彩、色散火彩和闪光火彩。火彩的形成机制主要基于光线在宝石中的三棱镜色散现象,包括光线本身的色散以及琢型设计引发的色散。火彩的形成由材料的折射率、琢型和透明度决定,其形成方式包括光线单射时产生火彩和光线射出时产生火彩。影响火彩的因素包括色散值的大小、琢型冠部转轴倾角、光源环境、观察环境和人的心理因素。

火彩的测量主要有两种方式,一是按照4C参数进行人为估算,二是借助专业钻石测光仪进行测量。人为估算主要是参考钻石切工、台宽比等数据,由于无法将钻石内含物和颜色列入计算变量,人为估算的火彩值与钻石实际火彩具有一定偏差。而钻石测光仪Sarine Light由于在计算过程摒弃独立的火彩像素而仅计算属于特定集群的火彩像素,避免了光学伪像对钻石真实火彩的干扰,可以获得更准确的火彩数值。

基本概念

当白光照射到透明刻面宝石时,因色散而使宝石呈现光谱色闪烁的一种光学现象,称为火彩,俗称“火”或“火头”。明显的火彩现象主要出现在具有高色散率的无色或浅色的透明宝石中,它与琢型的比例和角度等因素有密切关系。

火彩分类

外部火彩

外部火彩即光泽,是由光从宝石表面反射所引起,影响光泽强弱的因素主要是反射率,反射率越高,光泽越强。但反射率与折射率成正相关关系(如下式):

R=(n-1)2/(n+1)2x100%

式中:R为反射率;n为折射率。

亦可以说,钻石的光泽强,其原因在于折射率高。但除折射率外,钻石的光泽还取决于表面质量、平整度和抛光度,钻石表面越平整,抛光程度越高,光泽越强。为了提高钻石的火彩,必须对钻石小面实施良好的切磨和抛光。

内部火彩

内部火彩由通过钻石的折射光所引起。如果入射到钻石内部的光通过钻石亭部小面全部反射,并从冠部射出来,则钻石显得光彩夺目。如果单射到钻石中的光全部或部分从钻石亭部射出,则钻石会显得呆板,就不美。为了充分展现内部火彩,钻石必须被精心设计,面的多少,面与面之间角度都必须服从于钻石的光学性质,这些是钻石切磨必须重点考虑的。内部火彩实际就是宝石的全内反射现象。

色散火彩

自然光由不同波长的单色光所组成,这些光包括红(770~630nm)、橙(630~585nm)、黄(585~570nm)、绿(570~500nm)、青(500~485nm)、蓝(485~430nm)、紫(430~390nm)。当自然光因一定的光学原因被分开时,将形成一系列颜色的色谱,即自然光色谱。由于自然光中的各种单色光在宝石中的折射率存在差别,因此单射到宝石中的自然光将发生分离。经精心设计的宝石琢型,可将分离的光全反射,进一步分离后再从冠部射出,这样就可从宝石冠部看到各种单色光,即出火。宝石加工艺越好,自然光被分离越大,火彩越足,宝石越美,价值越高。

闪光火彩

闪光是宝石被转动或光源被改变时,宝石的颜色、光辉和闪光等也随之发生变化的现象。进入钻石的光被反射的量取决于钻石刻面的数量、大小、几何对称性以及小面被抛光的质量。为了使钻石在转动时或光源被改变时,能产生颜色、光辉和闪光的变化,从而使钻石富有生气,就必须基于钻石的光学特征,进行精心的设计与加工。

火彩与亮度关系

火彩与亮度互为消长

火彩和亮度在标准圆多型琢型中是一对矛盾体,它们互为消长。这两种光学效果都与刻面型宝石中的单射光线的色散和全内反射作用有关,入射光线中的一部分光线由于倾斜刻面的折射分光作用而产生火彩,另一部分光线则由于全内反射而产生亮光。但这两种光线将同时反映在狭小的冠部刻面中,因此,不可能在一个刻面型宝石上既得到最大限度的火彩又得到最大程度的亮度。

火彩与亮度理想状态

由于两者具有互相消长的关系,所以在评价某一琢型的火彩与亮度时,主要考虑火彩与亮度是否达到了琢型的最优组合效果,即理想的平衡状态,就是尽可能最大限度地同时表现两者,而不是有所取舍。当然,世界各地的人们对火彩与亮度的理想状态的理解并不一定完全一致,但对于钻石的标准圆多面琢型而言,人们通常认为其台面大小的比例数值范围应在55%~75%之间。

火彩的形成

形成机制

光线的三棱镜色散原理

色散是复色光即白光进入具有倾斜平面的三棱镜时,由于不同波长的光波在同一介质中的传播速度有所差异,而导致白光分解为可见光谱组成色的现象。根据折射率的定义和推导方法可知,光在介质中的传播速度与其折射率值成反比。当一束白光从三棱镜一侧的斜面单射后,原来在空气中都以相同方向传播的各种波长的单色光,会因它们在玻璃中的折射率不同而被分解开来,波长越短的光波(如紫光)偏离度越大,其折射角越小,而波长越长的光波(如红光)偏离度越小,而折射角越大。这样,白光通过三棱镜后就被分解成了七色光谱。

琢型设计中的三棱镜现象

一般刻面型宝石是由若干个抛光平面构成的封闭几何多面体,其冠部斜刻面与台面之间存在明显的夹角,这样的夹角在白光入射时,就相当于三棱镜中的两个侧面,使其发生色散,产生火彩。因此,刻面琢型可以看作是由很多组三棱镜组成的统一整体。

琢型中光线色散呈现火彩

当白光经过其倾斜刻面时,就如同进入三棱镜一般,会发生与棱镜分光类似的色散作用。由于色散作用,光线进入刻面型宝石后发生折射和反射,当其中的单色光被传递到琢型的冠部刻面并射出时,即产生了可观察到的火彩现象。

形成过程

形成前提

(1)折射率决定

材料呈现火彩的一个重要条件是:材料为具有较高折射率值的无色或浅色刻面型宝石。折射率的大小关系着色散的强弱,折射率越大,在介质中光的传播速度就越小,其折射角也越大,这样复色光就可能因此被分得越开,只要这些色光不会再次被合成还原为白光,其色散效应就会比较明显。因为材料的折射率大小与光在其中的传播速度有关。从这个角度上说,折射率是形成亮丽火彩的前提条件之一。

(2)琢型的决定

琢型对火彩显现的影响是最明显的。光线进入宝石并在宝石的内部经过一系列的反射、折射后,最终产生火彩,其间若琢型的刻面角度不合理,就会产生漏光、无折射等现象,进而导致火彩的减弱或消失。

(3)透明度决定

产生火彩的材料必须是无色或浅色透明的宝石材料,不透明宝石再怎么琢也不会发生色散现象,自然也看不到火彩。而浓色和深色的宝石材料即使具有产生火彩的高折射率和适当的琢型角度,其火彩也常常被体色所掩盖(如翠榴石等),不能充分表现出来。另一方面,宝石中若有很多影响透明度的裂隙存在,也会阻挡光线,甚至改变其传播方向,从而降低火彩的可见性。因此呈现火彩的宝石材料最好是无色至浅色的透明度高、裂隙较少的宝石材料。

形成方式

火彩是刻面型宝石对白光色散后出现的某种刻面可见光谱色的现象。可见光谱色的刻面和其上的颜色会随着白光的单射角度、入射点的变化而不同。假定白光从冠部正向照射宝石,火彩的形成方式可大致分为两种。

(1)光线入射时产生火彩

第一种情况是光线进入宝石时发生色散作用产生火彩。白光从冠部斜刻面进入宝石时就发生色散作用,分解成可见光谱的不同色光继续传播。然后经亭部刻面分别反射后由冠部射出,呈现出火彩。

(2)光线射出时产生火彩

第二种情况是光线射出宝石时发生色散作用产生火彩。白光射入宝石时经过一系列的光学作用,从冠部斜刻面射出时发生色散作用,产生火彩并呈现出来。

影响火彩的因素

色散值的大小

色散值是宝石材料的固有光学常数,也是反映材料色散强度的物理量。由于不同波长的单色光在同一材料中的折射角不同,必然会导致它们的折射率也不同波长较长的红光折射角较大而折射率较小,波长较短的紫光折射角较小而折射率较大。因而,一种材料的色散作用大小,可以用一定波长的紫光折射率与红光折射率的差值即色散值来衡量。差值越大,色散作用越强,反之则弱。色散值的大小,反映了宝石材料色散能力的强弱,即产生火彩的潜力大小。对于色散值较高的无色至浅色无裂透明宝石材料,在琢型设计中应着重开发其火彩的潜力,发挥其高色散值的优势。

琢型冠部倾角

琢型比例对火彩的影响更大。当垂直台面进入宝石的白光,经过亭部刻面全内反射后由冠部斜刻面射出时,若入射角大于零、小于临界角,光线就会在宝石与空气的分界面上发生折射和色散作用,各种单色光因折射角不同而被分解开来,形成火彩。相反,若入射角大于等于临界角,则光线又被全内反射回去,就无法形成火彩。

在火彩产生的第一种情况中,增加冠角虽然不能直接增强色散作用,但可借此增加垂直台面方向入射光的入射角,进而从整体上加大其折射角,从而更好地体现火彩。由此可知冠角对火彩的良好显现有一定的作用。但在实际加工设计中,它并不是越大越好,每一种加工材料的琢型冠角,其具体数值范围是根据该种材料的折射率值和临界角科学推算出来的。

在火彩产生的第二种情况中,由于折射作用发生在光线从宝石(光密介质)向空气(光疏介质)传播的过程中,按折射定律,各种色散光的折射角均会大于入射角。此时火彩的强弱不仅与材料本身的折射率有关,且与琢型中冠部斜刻面的转轴倾角有关。当斜刻面倾角增大时即冠角增大时,光线在射出斜刻面时的入射角也增大了,其折射角应随之增大,各种色散光将被分得更开,因此火彩现象也更加明显但是在这种情况中,光线射出时的入射角不能无限增大,当其达到临界角值时则会发生全内反射,而不会产生火彩。因此,为了火彩显现得更加清楚,就要使从宝石冠部斜刻面射出的光线的人射角无限接近临界角。但这可能会产生另一种不利作用,即易导致其他从冠部射出的光线,入射角大于临界角,发生全反射,而不能折射出宝石,造成其亮度与火彩的损失。总之,合适的冠角,能增强火彩的显现,反之则会减弱火彩的显现。

光源环境因素

光源环境会对宝石火彩的产生有一定的影响。在一定范围内,暗背景中照射光源的光亮度越高,不同角度的单射光越多,且入射的光量也越大,宝石上的火彩就越明显。反之,当光源的光亮度越低时,宝石显现出的火彩就越弱。

另外,光源的频率也会影响火彩的产生。可见光中某一频率波段的光可能是单色光,也可能是两三种颜色合在一起的复色光。当这种频率的单色光照射宝石材料时,入射光无法在倾斜平面上发生色散,分解出其他色光,所以不产生火彩。而当这种复色光照射宝石材料时,入射光虽然发生色散,但只能分解出有限的几种色光,所以火彩的强度和可观察性会受到严重的影响。

观察环境因素

环境对火彩观察的影响主要体现在环境的颜色和亮度等因素上。从环境的颜色来说,在一个色彩斑斓的环境中观察宝石的火彩,容易产生视觉上的干扰现象,而削弱了对宝石火彩的观察。相反,在单一色调的环境中观察火彩,由于干扰较小,观察效果较明显,火彩易被观察到。另一方面,从环境的亮度来说,其对火彩的影响类同于光源强度对火彩的影响,当背景环境亮度较低时,人的注意力易集中到宝石上,观察到的火彩现象就明显,而背景环境亮度较高时,分散了人的注意力,抵消了部分宝石的反射光,从而削弱了宝石火彩强度。

人的心理因素

人眼通常是以一种主观无意识性的观察方式来观测颜色和火彩,因此观测到的结果常常受到人们主观感知标准的影响。如在观测完火彩较强的宝石后再去观察火彩稍弱的宝石,这时人们的心理往往受前一印象的干扰而不能作出准确的判断和评价;同样,在看完很多火彩较差的宝石后再去观测火彩较强的宝石,此时人们对火彩强度的感知是基于当前的经验而判定的,所以其观测结果往往高于宝石的实际火彩强度。

火彩与宝石加工技法

琢型设计和选择

在加工设计可产生火彩的材料时,为了突显其亮丽的火彩,必须将其设计成刻面琢型,而不能用弧面型或其他琢型。如果要想获得最大限度的火彩效果,还要保证设计琢型的冠部具有较多的斜刻面。斜刻面的数目越多,色散越分散,刻面琢型中的火彩现象也就越明显。同时也要使设计琢型的台面尺寸尽量较小,这样可促使更多的光线从冠部斜刻面射出,以便产生更好的火彩。

切磨角度与规整

对材料成功设计琢型后,为了达到较理想的火彩效果,在研加工时要严格控制加工精度。因为在琢型设计中,材料是一定的,所以设计出的琢型面角比例也是一定的。因此,加工中琢型角度比例稍有变动就会导致漏光现象的发生,所以加工时要严格按照标准尺寸来研磨,并有效提高研磨的精度。

磨削加工时还要注意磨削的规整程度,即棱与棱之间的搭接程度、面与面之间的协调程度及刻面表面的光滑程度。这些因素都会影响到最终的火彩效果,因此加工具有火彩的宝石材料时,需要操作者非常谨慎,严格保持琢型的面角比例和磨削规整度,以便使宝石达到预期的火彩效果。

抛光平整与光洁

抛光程度是影响光线射入、射出材料的重要因素。如果刻面型宝石抛光不良表面光洁度较差,则易减少射入、射出宝石的光线总量,并会使通过倾斜刻面的色散光发生干涉作用,相互干扰,从而无法形成清晰完整的可见光谱色,由此产生的火彩现象自然就会受到影响。为避免这种情况的发生,要求我们在抛光时,应针对性地进行高强度抛光,使其刻面达到平整、光洁的效果,

双火彩切工技术

双火彩是一种钻石切工技术,相对常规8心8箭的单火彩钻石切工而来,该技术可使钻石火彩多出常规钻石近一倍。双火彩钻石切工首次出现是在美国GemEx钻石光效机构授予十一朵玫瑰的证书上。之后,以色列尚灵(Sarine)人工智能钻石实验室为十一朵玫瑰钻石切工签发“双火彩切工钻石开创者”证书。

火彩测量方法

火彩的测量主要有两种方式,一是按照4C参数进行人为估算,二是借助专业钻石测光仪进行测量。

人为估算

人为估算主要参考钻石切工,台宽比等数据,由于无法将钻石内含物和颜色列入计算变量,人为估算的火彩值与钻石实际火彩具有一定偏差。

仪器测量

借助仪器进行测量的火彩值,部分实验室仍采用单一光束照射后人工计算钻石火彩。其主要缺点为,无法真实模拟钻石在动态或不同强度光线下的火彩值。

钻石测光仪Sarine Light

钻石测光仪Sarine Light能科学地测量在不同光线强度环境下,钻石的光反应能力,并能鉴定光线进入钻石后在各个刻面经过一系列反射和折射所呈现出的光学反应效果。由于在计算过程摒弃独立的火彩像素而仅计算属于特定集群的火彩像素,避免光学伪像对钻石真实火彩的干扰,可以获得更准确的火彩数值。

利用Sarine测光仪及钻石光性能标准,对包括明亮度、闪耀度、火彩和光对称性在内的钻石的四个光学特质进行测量,最后得出综合评级,消费者可以非常直观地知晓评级结果,以此判断这个钻石有多闪。可以说,光性能评级是对4C评级的重要补充,也是选择钻石的重要评判标准。

参考资料

钻石行业,重燃构想:以色列尙灵(Sarine)钻石科技集团.钻石行业,重燃构想:以色列尙灵(Sarine)钻石科技集团.2025-05-26

进博会“二秀”,子冈珠宝“十一朵玫瑰”带来新惊喜和新布局.搜狐网.2025-05-26

Sarine钻石科技集团牵手NGTC,共同推进钻石光彩度分级标准与检测服务.百家号.2025-05-26