1.1 Rozchodzenie się światła

Prędkość światła w próżni wynosi $c = 2,997 924 58 \cdot 10^{8} m ∕ s \approx 3 \cdot 10^{8} m ∕ s$ .
Współczynnik załamania materiałów jest dany wzorem $n = c ∕ v$ , gdzie $c$ jest prędkością światła w próżni, a $v$ prędkością światła w materiale.
Model światła jako promienia świetlnego opisuje drogę światła jako linię prostą. Dział optyki wyjaśniający zjawiska optyczne przy wykorzystaniu pojęcia promienia nazywany jest optyką geometryczną.
Światło może poruszać się ze źródła do innego miejsca na trzy sposoby: (1) prosto ze źródła w próżni; (2) w różnych ośrodkach; (3) po odbiciu od zwierciadła (lustra).

1.2 Prawo odbicia

Gdy promień światła pada na gładką powierzchnię, kąt odbicia jest równy kątowi padania.
Zwierciadło ma gładką powierzchnię i odbija światło pod określonym kątem.
Światło jest rozpraszane, gdy odbija się od chropowatej powierzchni.

Zmiana kierunku biegu promienia światła przy przejściu z jednego ośrodka do innego jest nazywana załamaniem.
Prawo załamania, zwane także prawem Snella, wiąże współczynniki załamania dwóch ośrodków ze zmianą kąta promienia światła przechodzącego przez granicę tych ośrodków.

Kąt padania, dla którego kąt załamania wynosi $90 °$ , jest nazywany kątem granicznym.
Całkowite wewnętrzne odbicie jest zjawiskiem, które występuje na granicy pomiędzy dwoma ośrodkami, gdy kąt padania w pierwszym ośrodku jest większy od kąta granicznego; wówczas całe światło jest odbijane z powrotem do tego ośrodka.
Światłowody umożliwiają transmisję światła przez plastikowe lub szklane włókna, dzięki wykorzystaniu zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia.
Okładzina światłowodu (płaszcz) zapobiega przechodzeniu światła pomiędzy włóknami w wiązce.
Rozbłyski światła w diamentach wywołane są zjawiskiem całkowitego wewnętrznego odbicia powiązanym z dużym współczynnikiem załamania światła.

Rozdzielenie światła białego w pełne widmo długości fal jest nazywane dyspersją (rozszczepieniem światła).
Tęcza powstaje w wyniku występowania zjawisk załamania i odbicia prowadzących do rozszczepienia światła słonecznego w ciągły rozkład barw (widmo ciągłe).
Rozszczepienie światła (dyspersja) może być przyczyną problemów w układach optycznych.

Zgodnie z zasadą Huygensa każdy punkt czoła fali jest źródłem nowej fali kolistej (lub kulistej w przypadku przestrzennym), tak zwanej fali wtórnej, rozprzestrzeniającej się z taką samą prędkością i w tym samym kierunku co fala pierwotna. Nowe czoło fali jest styczne do powierzchni wszystkich fal kolistych.
Zwierciadło odbija padającą falę pod kątem równym kątowi padania, potwierdzając prawo odbicia.
Prawo załamania można wyjaśnić, stosując zasadę Huygensa dla czoła fali przechodzącej z jednego ośrodka do drugiego.
Ugięcie fali na krawędziach szczeliny lub przeszkody nazywane jest dyfrakcją.

Polaryzacja określa kierunek drgań fali względem jej kierunku rozchodzenia. Kierunek polaryzacji jest definiowany jako kierunek równoległy do wektora natężenia pola elektrycznego fali EM.
Światło niespolaryzowane składa się z wielu promieni o przypadkowych kierunkach polaryzacji.
Światło niespolaryzowane można spolaryzować, przepuszczając je przez polaryzator lub inny materiał o takich właściwościach. Proces polaryzacji światła powoduje około dwukrotny spadek jego natężenia.
Natężenie $I$ światła spolaryzowanego po przejściu przez polaryzator wynosi $I = I_{0} {cos}^{2} θ$ , gdzie $I_{0}$ jest natężeniem światła padającego, a $θ$ jest kątem pomiędzy kierunkiem polaryzacji światła i kierunkiem polaryzacji polaryzatora.
Polaryzację światła można również uzyskać w wyniku odbicia.
Prawo Brewstera mówi, że odbite światło jest całkowicie spolaryzowane dla kąta odbicia $θ_{B}$ , zwanego kątem Brewstera.
Do polaryzacji może także dojść w wyniku rozpraszania światła.
Kilka rodzajów optycznie aktywnych substancji powoduje obrót kierunku polaryzacji po przejściu światła przez te substancje.