几何光学
光学的实用性分支学科
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历史版本
自古代，人们就开始关注一些几何光学现象。古希腊、古罗马、古代中国典籍中都有关于光的直射、反射等现象的记载。[3]1608年，荷兰人汉斯·李波尔（Hans Lippershey）制造出世界上第一架双筒望远镜，这正是几何光学早期的应用。[4][5]随后，德国天文学家开普勒（Kepler）出版《折光学》，提出了照度定律、焦点等几何光学概念。[3][6]1620年，荷兰物理学家和数学家斯涅尔（Snell）发现了几何光学现象的两条基本定律：反射定律与折射定律，奠定了近代几何光学的初步基础。[3]1650年，法国数学家费马（Fermat）提出费马原理，对几何光学的传播定律进行总结概括，成为了光在介质中传播的普遍规律。[7][1][8]19世纪以来，以几何光学为代表的成像理论快速发展，建立了光学成像设计方法，使显微镜、望远镜、相机等仪器得到应用。[9]19世纪末到20世纪初，光学的研究深入波动光学、量子光学等分支。[9]虽然几何光学不如波动光学更涉及光的本性[10]，但几何光学在设计光学仪器等方面的作用依旧不可替代。[9]
几何光学的基本定律是研究光学系统成像规律及进行光学系统设计的理论依据，包含光的直线传播定律、光的独立传播定律、光的反射定律和光的折射定律。[1]这些理论被广泛应用在光学仪器设计、通信工程、医疗检测等领域。比如，显微镜、望远镜、光纤、内窥镜等设备均根据几何光学原理设计。[1][11]
定义
几何光学是以光线为基础，研究光的传播规律和成像规律的一个光学分支，而这种传播可以用很简单的几何关系来描述，这就是几何光学得名的原因。在几何光学中会把物体看做由几何点组成，把它所发出的光束看做是无数几何光线的集合，光线的方向代表能量的传播方向。在此假设下研究物体被透镜或其他光学元件成像的过程，以及设计光学仪器的光学系统等方面都显得十分方便和实用。[1]