光學基礎
1．幾何光學的基本實驗定律
光的直線傳播定律：在均勻介質中，光線為一直線．
光的獨立傳播定律：自不同方向或由不同物體發出的光線相交時，對每一光線的獨立傳播不發生影響．
光的反射和折射定律：光從一種介質射向另一種介質時，在介面上會同時產生反射和折射兩種現象．光的反射遵從反射定律，光的折射遵從折射定律，折射定律的數學表示式是，反射定律可看作是折射定律當時的特例．當光從光密介質射向光疏介質且人射角大於或等於臨界角時，就發生全反射．
2．單球面折射與反射成像
在近軸條件下，折射球面的成像公式為
式中s是物距，是像距，r是球面曲經半徑，n和n'分別為折射球面的物方折射率和像方折射率．上式可改寫成更具普遍性的高斯成像公式：
其中和分別為折射球面的像方焦距和物方焦距。
像長與物長之比稱做垂軸（橫向）放大率，對單折射球面成像，有
在球面折射成像公式中，令r=∞，得平面折射成像公式：
在球面折射成像公式中，令，得球面反射成像公式：
球面反射成像的垂軸放大率公式為
在平面折射成像公式中，令，得平面反射成像公式為
平面反射成像時垂軸放大率
3．薄透鏡的成像
近軸條件下，薄透鏡的成像公式為
利角物方焦距和像方焦距
就可以得到薄透鏡成像的高斯公式：
對於空氣中的薄透鏡，n1＝n2＝1，焦距公式簡化為
物像公式變為
薄透鏡成像的垂軸放大率為
4．光的波動性和光的量子性
⑴光的波動性：光波是一定波長範圍內的電磁波。可見光的波長在0.
40μm到0. 76μm之間，波長長於0.76μm的光波稱為紅外線，波長短於0.
40μm的光波稱為紫外線。
惠更斯一菲涅耳原理：光波波面上每一點都可看作是乙個次級波源，各次波源是相干光源，空間某點的光振動是這些相干次波的合振動．
惠更斯一菲涅耳原理是波動光學的理論基礎．光的干涉和衍射現象是光的波動性的體現．
⑵光的量子性：為了解釋光電效應的實驗規律，愛因斯坦提出了光量子（簡稱光子）的概念．單個光子的能量e與頻率成正比，即，式中h是蒲朗克常數．
由此他成功地解釋了光電效應，並從理論上得到了光電效應方程： 光子既然具有一定的能量，就必須具有質量。按照狹義相對論質量和能量的關係，就可以確定乙個光子的質量：
，但光子的靜止質量等於零．
光子也具有動量，乙個光子的動量大小為
用光子的概念可以簡單而成功地解釋康普頓效應，這是對光子假說的有力支援．
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