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Sammellinsen sind durchsichtige Körper aus Glas oder Kunststoff, die sehr unterschiedliche Form haben können. Wenn Licht auf sie trifft, wird es nach dem Brechungsgesetz gebrochen. Dabei wird bei Sammellinsen auf sie fallendes achsenparalleles Licht hinter der Linse zunächst in einem Punkt, dem Brennpunkt, konzentriert. Für die Bildentstehung ist wesentlich, dass durch eine Linse jedem Gegenstandspunkt eindeutig ein Bildpunkt zugeordnet wird und somit ein scharfes Bild eines Gegenstandes entsteht. Je nach der Lage von Gegenstand und Linse kann dieses Bild unterschiedliche Lage und Größe haben. Es kann reell oder virtuell sein.

Fällt Licht geneigt auf die Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Stoffen, dann wird es in der Regel aus seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abgelenkt. Diesen Vorgang bezeichnet man als Brechung.
Die wesentliche Voraussetzung für das Zustandekommen der Brechung ist eine unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in den Stoffen, die aneinandergrenzen. Für die Brechung von Licht gilt das Brechungsgesetz:
$\frac{\sin \alpha }{\sin \beta }=\frac{c_1}{c_2}\text{oder}\frac{\sin \alpha }{\sin \beta }=n$
Das Brechungsgesetz kann man z.B. experimentell oder aus dem fermatschen Prinzip herleiten.

Das von dem französischen Mathematiker und Juristen PIERRE DE FERMAT (1601-1665) gefundene Prinzip ist ein Extremalprinzip für die Ausbreitung von Licht. Es besagt, dass Licht zwischen zwei Punkten den zeitlich kürzesten Weg zurücklegt, der nicht immer der geometrisch kürzeste ist. Damit wird die Laufzeit des Lichtes zwischen zwei Punkten ein Minimum. Das fermatsche Prinzip ist ein grundlegendes Prinzip der geometrischen Optik. Mithilfe des fermatschen Prinzips kann man z.B. das Brechungsgesetz herleiten.

Fällt Licht auf die Oberfläche eines Körpers, so wird ein Teil des Lichtes reflektiert. Diese Reflexion kann regulär oder diffus erfolgen. Unabhängig von der Art der Reflexion des Lichtes gilt das Reflexionsgesetz:
Wenn Licht an einer Fläche reflektiert wird, so ist der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel. Es gilt:

$\alpha =\alpha \text{'}$

Einfallender Strahl, Einfallslot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene. Die Reflexion von Licht lässt sich mit dem Strahlenmodell oder mit dem Wellenmodell beschreiben. Sie tritt in Natur und Technik in vielfältiger Weise auf und ist dabei zum Teil unerwünscht und zum Teil erwünscht, z.B. bei Spiegeln.

Die Photonenoptik behandelt die Lehre des Lichts unter Berücksichtigung der Annahme, dass dieses aus Teilchen, den sogenannten Photonen, besteht. Sie erklärt alle uns bekannten Phänomene der Strahlen- und der Wellenoptik, z.B. das fermatsche Prinzip, die Brechung des Lichts, die Lichtbeugung oder auch das Zustandekommen der Farben an dünnen Schichten. RICHARD P. FEYNMAN hat einen Weg gefunden, dieses Teilgebiet der Quantenelektrodynamik fast ganz ohne Mathematik darzustellen. Um obige Phänomene beschreiben zu können, müssen lediglich viele kleine Pfeile gezeichnet und zu einem resultierenden Pfeil zusammengesetzt werden. Daher spricht man vom Zeigerformalismus nach FEYNMAN.