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光学领域中，概略可分为几何光学和波动光学（又名物理光学）两大部分。几何光学系以光的直线传播为基础，研究光在透明介质中行进，透过如反射镜、透镜、棱镜等光学元件传导，而造成的各种现象。藉由观察和实验可归纳出几何光学的四个基本定律：(1)光的直线传播定律；(2)光的独立传播定律；(3)光的反射定律；(4)光的折射定律。在实验力学中，当光波通过一非均匀介质传播时，因光波在介质内各区域的速度不同，其波面将会变形，为便于讨论，常利用几何光学的原则，即引入光线的概念来描述非均匀性对传播的影响，此光线的定义为在空间中处处和波面法线相切的曲线，藉此描述通过介质的光的路径。一般而言，在均匀介质中，光线是直线，在非均匀介质中，光线是曲线。