阿尔哈森问题
表面上的哪个点能够将蜡烛发出的光线反射到观察者的眼睛？]] 阿尔哈森问题是光学中的一个关于球面镜中反射的数学问题。问题是找到从一个给定点出发，反射后到达另一个给定点的光线与镜面的交点。凹球面镜的特殊情况也称为阿尔哈森弹子问题，因为它可以等效表述为圆形台球桌上找到让台球在桌子边缘一个点反弹撞到另一个台球的路径。其他等效表述有求从一点到另一点的经过圆周上一点的最短路径，或者求以给定点为焦点且与圆相切的椭圆。 虽然托勒密在2世纪中研究了这个问…
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全反射
和它的全反射]] 全內反射（），简称全反射，是一種光學現象。當光線經過兩個不同折射率的介質時，部份的光線會於介質的界面被折射，其餘的則被反射。但是，當入射角比臨界角大時（光線遠離法线），光線會停止進入另一介面，全部向內面反射，故稱之為全反射。 全反射只會在當光線從光密介質（較高折射率的介質）進入到光疏介質（較低折射率的介質）时发生，例如當光線從玻璃進入空氣時會發生，但當光線從空氣進入玻璃則不會。最常見的是沸騰的水中氣泡顯得十分明亮，就是…
光線追蹤
光线追踪（）是三维计算机图形学中的特殊渲染算法，追蹤光線從來源開始照射到物體上，再由物體反射的光線「路徑」，由於完整運算所有路徑十分消耗運算資源，因此現有光線追蹤技術僅運算「目所能及」的光線路徑。 由於是從玩家視角開始進行運算，有時被誤解為光線追蹤是追蹤「從眼睛發出的光線」。通过这样一项技术生成编排好的场景的数学模型显现出来。这样得到的结果类似于光线投射与扫描线渲染方法的结果，但是这种方法有更好的光学效果，例如对于反射与折射有更准确的模…
費馬原理
費馬原理（）最早由法国科学家皮埃爾·德·費馬在1662年提出：光传播的路径是光程取极值的路径。这个极值可能是极大值、极小值或函数的拐点。 。 費馬原理更正確的稱謂應是「平穩時間原理」：光沿着所需时间为平稳的路径传播。平稳是数学上的微分概念，可以理解为一阶导数为零，它可以是极大值、极小值甚至是拐点。 費馬原理是几何光学的基本定理。用微分或变分法可以从費馬原理导出以下三个几何光学定律： #光线在真空中的直线传播。 #光的反射定律 - 光线在…
斯涅尔定律
當光波從一種介質傳播到另一種具有不同折射率的介質時，會發生折射現象，其入射角與折射角之間的關係，可以用斯涅尔定律（）來描述。斯涅尔定律是因荷兰物理学家威理博·斯涅尔而命名，又稱為「折射定律」。它只是在无吸收损耗介质间的界面才严格成立，对于有损耗介质参与的情况，请参见下面的章节“耗损性、吸收性、导电性介质”。 在光學裏，光線跟蹤科技應用斯涅尔定律來計算入射角與折射角。在實驗光學與寶石學裏，這定律被應用來計算物質的折射率。對於具有負折射率的…
菲涅耳方程
菲涅耳方程（或称菲涅耳条件）是由法国物理学家奥古斯丁·菲涅耳推导出的一组光学方程，用於描述光在两种不同折射率的介质中传播时的反射和折射。方程中所描述的反射因此还被称作“菲涅耳反射”。 简介 当光从一种折射率为n_1的介质向另一种折射率为n_2的介质传播时，在两者的交界处（通常称作）可能会同时发生光的反射和折射。菲涅尔方程描述了光波的不同分量被折射和反射的情况，也描述了波反射时的相变。 方程成立的条件是：介质间界面是光滑平面；介质是均匀并…
反射 (物理学)
面反射的城市]] 在镜湖中的倒影]] 反射（）是一種物理現象，指波阵面從一個介質進入另一個介質時，部分或全部的波在两介质界面处，传播方向发生改变且返回原介质的现象。常见的例子包括光、声波和水波的反射。 在光学方面，无论是漫反射还是鏡面反射都遵从光的反射定律，即在反射现象中，反射光线，入射光线，法线在同一平面内，反射角等于入射角，反射光线与入射光线分居法线两侧。平面镜成像就是光的反射造成的。 在声学方面，反射会引起回声，这在声纳上得到很好…
焦散 (光学)
光学中，焦散现象（caustic）是被弯曲的面或物体反射或折射后，出现光线的包络，或包络在另一面上的射影。焦散现象会形成焦散线或焦散面，每条光线都与之相切。光线穿过波浪照射在水体上时，通常会形成波纹状的焦散线。 彩虹是人们熟悉的另一种焦散现象。雨滴对光的散射会使不同波长的光折射成半径不同的弧线，从而产生彩虹。 计算机制图 计算机图形学中，大多数现代渲染系统都支持焦散效果，其中有些甚至还支持立体焦散。这是通过光线追踪光束的可能路径，并考虑…
布儒斯特角
布魯斯特角（），又稱為起偏振角，當入射自然光以此角度射入介面时，反射光是線偏振，並且與折射光线互相垂直。此角度是以苏格兰物理学家大卫·布儒斯特（1781年–1868年）命名的。 理論 當自然光在兩種各向同性介電質的分界面上反射和折射時，光的偏振狀態會改變。通常情況下，反射光和折射光不再是自然光，而是部分偏振光，而且在反射光中垂直於入射面的光振動要多於平行振動，而折射光則相反。反射光的偏振化程度與入射角有關，當入射角度等於布儒斯特角時，反…
焦點
焦點，在幾何光學中有時也稱為像點，是源頭的光線經過物鏡後匯聚的點。然而，焦點只是概念上的點，實際上在空間上有一個範圍，稱為朦朧圈。這種非理想的焦點也許會導致光學影像的像差，在沒有明顯的像差下，最小的朦朧圈是艾里盤，是因為光學系統的開口產生繞射造成的。當口徑加大時，像差也會變得更為嚴重，而艾里圈是在大口徑下最小的。 一個影像，點像或區域如果能很好的受收歛就是對焦，如果未能良好的匯聚就是失焦。兩者之間的邊界有時用來作為模糊圈的定義。 主焦點…
马吕斯定理
马吕斯定理是法国物理学家艾蒂安-路易·马吕斯在1808年阐述的一条几何光学的定理。 在均匀介质中的光线束，如果有一个共点，例如从同一个点光源发射，这样的光束称为同心光束。同心光束有正交一致性，即光束中所有的一切光线，都和以同源点为中心的一切球面正交。根据光在均匀介质中传播的性质，这些球面无非是光波动光前，光线自然和波前正交。 马吕斯定理：“正交一致性光束，经过无论多少次的反射和折射，始终保持正交一致”。 参考文献 Max Born & …
晶体光轴
晶体根据其光学特性可以分为均质体和非均质体，当光线经过非均质体时会发生双折射，形成两条相互垂直的偏振光。但是，当光线从某个特殊的方向垂直入射面射入非均质体宝石时，不发生双折射现象。这个特殊方向就是宝石的光轴。 通常六方晶系、四方晶系、三方晶系只有一个光轴且平行于直立结晶轴C轴，所以叫一轴晶。斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系有两个光轴叫二轴晶。
几何光学
几何光学是利用幾何學研究光學的學術方法。几何光学有几个基本原理： 在均匀介质中，光沿直线传播； 光的反射定律； 光的折射定律； 光程可逆性原理。 由于光本身就是从原子、分子内发出的高频电磁场，因此上述原理都可以通过电动力学中的电磁场理论导出。 直线传播 在均一介质中，光是沿直线传播的。根据光的此种特性，可以把光应用于瞄准、测距等许多领域。因为光是直射的，所以会有影子产生。根据这一原理，古代中国人发明了日晷用来计时。 当光线经过细缝隙或小…