El índice de refracción de un material es de donde v es la velocidad de la luz en un material y c es la velocidad de la luz en el vacío.
El modelo de rayos de luz describe la trayectoria de la luz como líneas rectas. La parte de la óptica que se ocupa del aspecto de los rayos de luz se denomina óptica geométrica.
La luz puede viajar de tres maneras desde una fuente a otro lugar: (1) directamente desde la fuente a través del espacio vacío; (2) a través de varios medios; y (3) después de reflejarse en un espejo.
El cambio de dirección de un rayo de luz cuando atraviesa variaciones de la materia se llama refracción.
La ley de refracción, también llamada ley de Snell, relaciona los índices de refracción de dos medios en una interfase con el cambio de ángulo de un rayo de luz que atraviesa esa interfase.
El ángulo de incidencia que produce un ángulo de refracción de se llama el ángulo crítico.
La reflexión interna total es un fenómeno que se produce en la frontera entre dos medios, de manera que si el ángulo de incidencia en el primer medio es mayor que el ángulo crítico, toda la luz se refleja en ese medio.
La fibra óptica consiste en la transmisión de la luz a través de fibras de plástico o vidrio, aplicando el principio de la reflexión interna total.
El revestimiento impide que la luz se transmita entre las fibras de un grupo unido de fibras.
Los diamantes brillan debido a la reflexión interna total, junto con un gran índice de refracción.
Según el principio de Huygens, cada punto de un frente de onda es una fuente de ondículas que se propagan hacia adelante a la misma velocidad que la propia onda. El nuevo frente de onda es tangente a todas las ondículas.
Un espejo refleja una onda entrante en un ángulo igual al ángulo incidente, lo que comprueba la ley de reflexión.
La ley de refracción puede explicarse aplicando el principio de Huygens a un frente de onda que pasa de un medio a otro.
La curvatura de una onda alrededor de los bordes de una abertura o de un obstáculo se llama difracción.
La polarización es el atributo de que las oscilaciones de las ondas tienen una dirección definida con respecto a la dirección de propagación de la onda. La dirección de polarización se define como la dirección paralela al campo eléctrico de la onda EM.
La luz no polarizada se compone de muchos rayos con direcciones de polarización aleatorias.
La luz no polarizada se puede polarizar haciéndola pasar por un filtro polarizador u otro material polarizador. El proceso de polarización de la luz disminuye su intensidad en un factor de 2.
La intensidad, I, de la luz polarizada después de pasar por un filtro polarizador es , donde es la intensidad incidente y es el ángulo entre la dirección de polarización y el eje del filtro.
La polarización también se produce por reflexión.
La ley de Brewster establece que la luz reflejada está completamente polarizada en el ángulo de reflexión , conocido como el ángulo de Brewster.
La polarización también puede producirse por dispersión.
Varios tipos de sustancias ópticamente activas hacen girar la dirección de la polarización de luz que las atraviesa.