Эффект рисунка алмазной резьбы прежде всего зависит от светотехнических свойств стекла, а также от формы украшаемого стеклоизделия и толщины его стенок. Ниже рассмотрены некоторые светотехнические свойства стекла.
В прозрачной среде (воздух, вода, текло) свет распространяется с различной скоростью: в более плотных средах медленнее, в разреженных-быстрее. Поэтому на границе двух сред различной плотности луч света изменяет свое направление. Это явление называется светопреломлением. Например, чайная ложечка в выполненном стакане кажется как бы "сломанной".
Способность прозрачных сред преломлять свет характеризуют показателем светопреломления n. Эта величина безразмерная и для системы прозрачных сред "воздух - стекло" всегда больше единицы. Так, например, по отношению к воздуху различные вещества имеют следующие значения показателя светопреломления: обычное (оконное) стекло 1,52, хрусталь-1,65, «страз» (ювелирное стекло)-1,76, алмаз-2,47, рутил-2,9. Кроме того, луч света, входя из воздуха в стекло или же выходя из стекла в воздух, всегда частично или полностью отражается. Основной закон отражения заключается в том, что угол падения равен углу отражения.
Блеск стекла, игра света объясняются совместным проявлением эффектов преломления и отражения света в стекле. Контуры прозрачного стеклянного предмета, а также блики на нем заметны лишь благодаря этим эффектам.
Полированный рисунок резьбы на стекле тем эффектнее, чем сильнее детали этого рисунка преломляют свет. При этом игра света усиливается за счет полного внутреннего отражения, при котором вошедший в стекло луч света не сразу выходит из него, а предварительно многократно отражается от поверхности раздела «стекло - воздух» внутри отекла. Луч света не выйдет из стекла, если он падает на упомянутую поверхность раздела под некоторым углом, большим критического.
Рисунок глубокой резьбы на стекле должен быть таким, чтобы элементы этого рисунка служили «выходами» лучей света, которые вследствие полного внутреннего отражения движутся в стекле по ломаным линиям, заключенным между параллельными поверхностями, ограничивающими толщину стекла. Такие лучи оказываются как бы вечными пленниками толщи стекла. Они не могут выйти из стекла, а поэтому не попадают в глаз наблюдателя, которому поверхность стекла по этой причине представляется относительно темной. На этом явлении строится эффект алмазной резьбы. Блуждающие в стекле вследствие полного внутреннего отражения лучи света в этом случае встречают на своем пути прорезанные линии с наклонными поверхностями, через которые эти лучи только и могут выйти. Эти поверхности, являющиеся выходами лучей света, испытавших в стекле полное внутреннее отражение между параллельными поверхностями, кажутся ослепительно яркими на общем более темном фоне стекла. Чем меньше величина критического угла, тем больше световых лучей, падающих на поверхность раздела «воздух-стекло» под различным наклоном, будут испытывать полное внутреннее отражение, а затем сосредоточиваться на «выходах», т.е. на элементах прорезанного в стекле рисунка. Величина критического угла зависит от показателя светопреломления стекла: чем больше этот показатель, тем меньше угол и, следовательно, тем ярче сверкают элементы резного рисунка на кажущемся более темным инертном фоне гладкого стекла. Показатель светопреломления зависит от состава стекла, поэтому эффектнее всего резьба выглядит на свинцовом хрустальном стекле, обладающем повышенным показателем светопреломления. Дисперсия света представляет собой явление, связанное с различной степенью преломления цветовых лучей. Чем больше это различие, тем шире получается спектр, а следовательно, шире и заметнее полосы отдельных цветов. Так, для свинцового хрустального стекла спектр значительно шире, чем для простого. При выполнении алмазной резьбы на нем получается целый ряд полных и усеченных призм с наклонными поверхностями. Призмы разлагают белый свет на составляющие цвета, и чем больше показатель светопреломления хрусталя, тем лучше радужная игра. В хрустальном стекле этот эффект, наблюдающийся в проходящем свете, проявляется сильнее всего. При выполнении алмазной резьбы на стекле должны получаться так называемые призмы полного внутреннего отражения. Поэтому угол заточки кругов превышает 90° (в случае цилиндрических стеклоизделий) на небольшую величину, зависящую от диаметра стеклоизделия и от глубины прорезанной линии. Диапазон углов полного внутреннего отражения должен быть как можно шире, что обеспечивается высоким показателем светопреломления, а также правильным расчетом рисунка резьбы. Однако достаточно эффективной методики такого расчета пока еще нет. Если поворачивать стеклоизделие с алмазной резьбой, то блеск рисунка, обусловленный полным внутренним отражением света, при повороте на некоторый угол погасает. Необходимо стремиться к тому, чтобы рисунок был виден при возможно большем повороте, тогда резной хрусталь будет сверкать при рассматривании под различными углами. Величина такого поворота зависит от показателя светопреломления стекла и от угла заточки абразивного круга.
Расстояние между соседними линиями резьбы, которое необходимо выбрать для получения наилучшей игры света, в обшем случае должно зависеть от радиуса кривизны стеклоизделия в местах нанесения линии резьбы, толщины стенок стеклоизделия, глубины прорезанных линий, угла падения света на прорези, показателя светопреломления и угла заточки круга.
Игра света достигает максимума при одновременном уменьшении угла заточки круга и выборе стекла с большим показателем светопреломления.
Введение в состав стекла оксидов, способствующих увеличению показателя светопреломления стекла помагают усилению световых эффектов резного стекла. На хрустальных изделиях рисунки алмазной резьбы могут быть более разнообразными, так как на этих стеклоизделиях можно получить хорошую игру света даже при угле заточки 120 градусов.
В проходящем свете участки стекла между линиями резьбы представляют собой своего рода преломляющие свет оптические призмы. При этом часто проявляется дисперсия света в виде разноцветных огоньков в стекле. Это явление также тем сильнее, чем меньше угол заточки круга. При выполнении алмазной резьбы на изделиях из простого стекла угол заточки круга не должен превышать 100°, а на хрустальных изделиях 120°. Максимальный блеск достигается в случае однократного полного внутреннего отражения лучей света в стекле. При многократном полном внутреннем отражении часть света теряется вследствие поглощения.
В связи с тем что в понятиях «сверкание», «блеск», «игра», «огонь» граненого и резного стекла много субъективного, в Гусевском филиале ГИС проведены специальные исследования, целью которых была разработка объективных приборных методов определения и оценки этих характеристик стекла. Результаты таких исследований весьма полезны для творческой практики, поэтому исследования данной проблемы, несомненно, будут продолжены.
