Лучевая (геометрическая) оптика использует идеализированное представление о световом луче — бесконечно тонком пучке света, прямолинейно распространяющемся в однородной изотропной среде, а также представление о точечном источнике излучения,равномерно светящем во все стороны. Опираясь на эти представления, лучевая оптика изучает возможности -управления распространением световых лучей при помощи их отражения и преломления на границах раздела оптически разнородных сред, т. е. сред, обладающих разными показателями преломления.
Простейшие задачи лучевой оптики довольно подробно изучаются в школьном курсе физики. Поэтому в нашем изложении мы будем опираться на сведения, полученные читателем в школе.
Лучевая оптика развилась раньше волновой. Теперь мы знаем, что дифракция световых волн ограничивает справедливость ее выводов тем заметнее, чем больше параметр λ/D (А, — длина световой волны, D — характерный размер предмета, находящегося на пути волны, например диаметр объектива телескопа), что, строго говоря, лучевая оптика применима лишь к бесконечно коротким волнам. Однако на практике она дает соответствующие действительности результаты и при менее строгих ограничениях и вполне сохраняет свою практическую ценность и в наше время.
Лучевая оптика допускает возможность превращения расходящегося пучка лучей, вышедшего из одной точки, в сходящийся пучок, . причем лучи также Пересекаются в одной общей точке, затратив одинаковое время на прохождение своих путей.
Основными законами, используемыми в лучевой оптике, являются законы отражения и преломления, рассмотренные во второй главе.
Следует отметить, что эти законы содержат утверждение об обратимости светового луча: если пустить луч в направлении отраженного (или преломленного) луча, то он после отражения (или преломления) пойдет в направлении первоначального падающего луча.
В волновой оптике этот принцип не всегда выполняется, так как при дифракции распространение света происходит одновременно во многих направлениях и простые представления лучевой оптики теряют силу.