Создана огранка, при которой алмаз или сверхтяжелое стекло блестит в несколько раз ярче, чем бриллиант, изделие имеет ловушки для лучей света или записывает окружающий мир
Ювелирное женское украшение «Астроуста» представляют собой таблетку с гладкой передней поверхностью, с частично цилиндрической и частично ограненной боковой поверхностью, и внутренними гранями задней поверхности. «Астроуста» так же имеют микрограни на боковой цилиндрической поверхности.
При изготовлении изделия соблюдается такая огранка, при которой внешние грани на боковой поверхности строго соответствуют внутренним граням украшения. Угол наклона внутренних граней-клиньев 30 градусов.
При этом угле падающие лучи на переднюю часть испытывают более, чем четырехкратное полное внутреннее отражение на гранях и выходят обратно из украшения астроуста (см. чертеж, лучи 1-9), например, луч 9 - одиннадцатикратное отражение. Для сравнения, у бриллиантов - двукратное полное отражение. Белый свет преломляется и раскладывается в спектр. Астроуста блестят всеми цветами радуги, вдвое ярче чем бриллианты. На передней части украшения образуется радужный цветок с количеством лепестков, равному количеству граней. Количество граней может быть от трех и выше. (На чертеже показано 12 граней).
Свет, падающий на боковую ограненную часть изделия, проходит сквозь них, и падает цветами радуги на уста (см. чертеж, лучи 11, 12, 16). 10-35% света испытывает диффузное отражение, проходит сквозь астроуста с преломлением и окрашивает основной радужный цветок астроуста в дополнительное соцветие блеска. Радужный цветок при определенном угле может закручиваться в спирали, как галактика.
Другая часть падающего света на микрограни боковой цилиндрической поверхности оказывается в ловушке многократных полных отражений и во временной ловушке многократного внутреннего полного отражения (см. ниже иллюстрацию с ходом фиолетового, красного и желтого лучей света).
При использовании микрограней на боковой цилиндрической поверхности астроуста длительность многократных полных отражений теоретически может составить более нескольких часов (см. илл, лучи 22). В ярком освещенном помещении (на солнце) в астроуста накапливается световой поток. Из-за нарушений идеальной кристаллической решетки свет в ловушке медленно рассеивается. В затемненном помещении украшения астроуста отдают накопленный световой поток и светятся в зависимости от временной ловушки.
Практическое исполнение микрограней зависит от точности и нового развития ювелирной техники. Необходимо определение показателя преломления в 11 знаке после запятой и угол огранки с точностью в 11 знаке. Это дает временную ловушку в несколько часов. Точность в девятом знаке - это временная ловушка на несколько минут. Точность в седьмом знаке - это временная ловушка до секунды.
Столь высокую точность ювелирной огранки можно практически обойти, воспользовавшись угловым сектором преломления от микрограни на цилиндрическую поверхность и естественной дисперсией света.
Для определения размеров микрограни на боковой поверхности изделия астроуста можно воспользоваться условием временной ловушки многократных отражений, составленной из законов Оптики и геометрических соображений.
Условия для временной ловушки полного внутреннего отражения заключаются в следующем:
Угол падения на границу среда-воздух больше критического угла полного внутреннего отражения или больше arsin(1/n) [закон Снелля]
180 / {90 + arsin(sin(α)/nфіолет)- α - β} > ξ
180 / {90 + arsin(sin(α)/nчерв) - α - β} <ξ
где n – показатель преломления света в среде, соответсвенно, для фиолетового и красного луча; ξ - число, в частномти, N = 3, 4, 5, 6, 7, .. - целое число; α – угол наклона микрограни астроуста по отношению к падающему лучу свету; β – угловой розмер микрограни астроуста або угол входа луча света на цилиндрическую поверхность астроуста.
Лучи света в материале обладают свойством дисперсии. Так для фиолетового луча света показатель преломления в алмазе составляет nфиолет=2,465, для красного луча света показатель преломления в алмазе составляет nкрасн=2,402.
При угловом размере микрограни 6 градусов и наклоне микрограни к падающему свету 60 градусов (это наклон 30 градусов к астроуста), см. илл. хода фиолетового, красного и желтого лучей света, мы получаем:
- зашедший фиолетовый луч (см. илл, луч 20) в астроуста, испытывает первое отражение под углом 45,43 градусов (угол больше критического угла полного внутреннего отражения - 23,94585547 градусов), испытав первые четыре полных отражений, выходит за точкой первоначального входа.
- красный луч (см. илл, луч 24) испытывает первое отражение под углом 44,86 градусов (угол больше критического угла полного внутреннего отражения - 24,61493264 градусов), после четырех полных отражений оказывается перед точкой первоначального входа со смещением - 1,1 градуса по часовой стрелке, в следующих четырех отражениях смещается на те же 1,1 градуса по часовой стрелке. Испытав более сотни полных отражений, луч выходит из астроуста.
В итоге, независимо от погодных условий и колебания показателя преломления луча света в воздухе, всегда найдется некий телесный угол для лучей света между фиолетовым и красным спектром - это оранжевый, желтый, зеленый и синий спектры (см. илл, луч 22), которые испытывают отражение под углом 44,9999999999999 градусов, после четырех полных отражений оказывается перед точкой первоначального входа со смещением - 0,00000000000008 градуса по часовой стрелке, и попадают в ловушку многократных отражений с длительностью, исчисляемое более чем несколько секунд или проходят расстояние более чем от Земли до Луны, или оказываются во временной ловушке полных внутренних отражений астроуста прежде чем выйти.
Другие примеры временной ловушки полных внутренних отражений астроуста при диаметре 8 мм приведены в таблице:
N α, градус β, градус Размер микрограни, мкм
3 43,5 3 304,0
3 39 6 664,9
3 34,5 9 1108,0
4 63,5 3 304,0
4 60 6 483,4
4 56 9 757,4
5 74 3 217,8
5 71 6 442,8
5 67 9 682,2
6 81 3 211,9
6 78 6 428,0
6 74 9 653,3
7 85,5 3 210,0
7 82,5 6 422,3
7 79 9 639,7
Для астроуста используют материалы с высоким коэффициентом преломления [7, 8], как алмаз, оптическое стекло (сверхтяжелый флинт, стекло Сваровски) [9, 10], у которых показатель преломления выше 2,01.
В случае использования материалов с более низким показателем преломления, например, для материала с показателем преломления до n=1,56 (это белый сапфир, белый топаз, кварц или горный хрусталь, белый берилл, белый циркон, искусственные материалы - фианит, карборунд, ниобат лития, гадолиний-галлиевый гранат, шпинель, титанат стронция, полудрагоценные камни - аметист, цитрин, изумруд, сапфир и т.п., и оптическое стекло.) количество полных обратных внутренних отражений равно единице. Это лучи света, которые поступают с боковой поверхности, отражаются от граньев-клиньев задней поверхности и выходят через верхнюю гладкую поверхность.
Ювелирное изделие может иметь верхний и нижний рундист, который убирает острые края. Толшина рундиста не более 1% от размера астроуста.
Основную сложность при изготовлении представляет огранка внутренними клиньями и микрограни. Для решения этого вопроса возможно составление изделия астроуста из двух и более симметричных сегментов. Так же точка схождения внутренних клиньев может представлять конус до 5% от диаметра астроуста, переходя далее в клинья.
Новизна украшения астроуста заключается, прежде всего, в специфике огранки, которая дает особое сверкающее, как звезда, сияние, видимое при любом положении женской головы. Из существующего уровня аналогов известны бриллианты и клеевые стразы, которые, в отличие от астроуста обладают, соответственно, павильоном и плоским основанием. Недостатками технического решения павильона и страз есть не более, чем двухкратное полное обратное отражение лучей света, помимо менее прочного (плоское основание не повторяет форму губы) крепления, невозможность создания уникальной огранки, которая предлагается в данном решении, а значит невозможность получить уникальный эффект яркого радужного сияния.
Данный эффект радужного сияния украшения астроуста достигается благодаря тому, что изделие не плоское, как клеящаяся страза, и не с заостренным павильоном, как бриллиант, вставляющийся в ювелирное изделие, а вогнутое в основании. При этом, ношение его такое же простое как ношение клеящейся стразы.
Из-за новизны данного изделия ему дано неофициальное название «Астроуста». Понятие содержит два независимых корня «астро» - звезда, и «уста» - губы.
