幾何光學把研究光經過介質的傳播問題歸結為如下幾個定律、現象、原理，其中“直線傳播”、“獨立傳播”、“折射”與 “反射”定律被稱為四個基本定律，它們是研究光的傳播現象、規律以及物體經過光學系統成像特性的基礎。(一) 光的直線傳播定律 幾何光學認為，在各向同性的均勻介質中，光是沿着直線方向傳播的。這就是光的直線傳播定律。影子的形成、日蝕和月蝕等現象都能很好地證明這一點。“小孔成像” 即是運用這一定律的很好例子，許多精密測量，如精密天文測量、大地測量、光學測量及相應光學儀器都是以這一定律為基礎的。但這一定律是有局限性的。當光經過小孔或狹縫時，将發生“衍射”現象，光将不再沿直線方向傳播。另外，光經過各向異性的晶體介質時，将産生“雙折射”現象；在非均勻介質中傳播時，光線傳播的路徑為曲線，也不再是直線。(二) 光的獨立傳播定律 不同光源發出的光在空間某點相遇時，彼此互不影響，各光束獨立傳播，這就是光的獨立傳播定律。在各光束的同一交會點上，光的強度是各光束強度的簡單疊加，離開交會點後，各光束仍按原來的方向傳播。光的獨立傳播定律沒有考慮光的波動性質。當兩束光是由光源上同一點發出、經過不同途徑傳播後在空間某點交會時，交會點處光的強度将不再是二束光強度的簡單疊加，而是根據兩束光所走路程的不同，有可能加強，也有可能減弱。這就是光明的“幹涉”現象

(三)光的折射定律與反射定律 光的直線傳播定律與光的獨立傳播定律概括的是光在同一均勻介質中的傳播規律，而光的折射定律與反射定律則是研究光傳播到兩種均勻介質分界面上時的現象與規律。當一束光投射到兩種均勻介質的光滑分界表面上時，一部分光從光滑分界表面回到原介質中，這種現象稱為光的反射，反射回原介質的光稱為反射光；另一部分光将“透過”光滑表面，進入第二種介質，這種現象稱為光的折射，透過光滑表面進入第二種介質的光稱為折射光。與反射光和折射光相對應，原來投射到光滑表面發生折射和反射前的光稱為入射光。

光的反射定律

（四）光的全反射現象光線入射到兩種介質的分界面時，通常都會 發生折射與反射。但在一定條件下，人射到介質上的光會被全部反射回原來的介質中,而沒有折射光産生，這種現象稱為光的全反射現象。而發生全反射的條件是: 光線從光密介質向光疏介質入射；入射角大于臨界角。

(五）光路的可逆性原理 若同一束光線沿入射方向入射，由折射定律可知，該光線從折射方向射出，同樣的，如果光線從折射方向射出，則也從原來的入射方向射出。由此可見，光線的傳播是可逆的，這就是光線的可逆性原理。

說到這裡，光學的基本定律也就差不多了，而還有一種形式的折反射定律，我們稱之為矢量形式的折反射定律，這個知識小編将在下一節為讀者推導。

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