光遇到水面、玻璃以及其他许多物体的表面都会发生反射（reflection）。垂直于镜面的直线称为法线；入射光线与法线的夹角称为入射角；反射光线与法线的夹角称为反射角。在反射现象中，反射光线、入射光线和法线都在同一平面内；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。这就是光的反射定律（reflection law）。如果让光逆着反射光线的方向射到镜面，那么，它被反射后就会逆着原来的入射光的方向射出。这表明，在反射现象中，光路是可逆的。反射在物理学中分为两种：镜面反射和漫反射。镜面反射发生在十分光滑的物体表面（如镜面）。两条平行光线能在反射物体上反射过后仍处于平行状态。凹凸不平的表面（如白纸）会把光线向着四面八方反射，这种反射称为漫反射。大多数反射现象为漫反射。
光线从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象称为光的折射（refraction）。折射光线与法线的夹角称为折射角。如果射入的介质密度大于原本光线所在介质密度，则折射角小于入射角。反之，若小于，则折射角大于入射角。若入射角为零，折射角为零，属于反射的一部分。但光折射还在同种不均匀介质中产生，理论上可以从一个方向射入不产生折射，但因为分不清界线且一般分好几个层次又不是平面，故无论如何看都会产生折射。如从在岸上看平静的湖水的底部属于第一种折射，但看海市蜃楼则属于第二种折射。凸透镜、凹透镜这两种常见镜片所产生效果就是因为第一种折射。在折射现象中，光路是可逆的。(www.xing528.com)
水下光学是未来光学研究的重要领域之一。地球表面71%的面积被水覆盖，水下蕴藏着极其丰富的资源，同时海洋是国防战略安全的重要领域。水下光学是水中目标测量与识别的重要手段之一。水下光学主要研究光在水中的传输特性、规律及其与水中客体的相互作用，从而研发水中目标的探测、识别与水下通信。其具体内容包括光在水中的散射、吸收以及由此引起的衰减，水面光辐射、反射、折射和传输，水下光学测量、摄影、通信、照明、水中发光生物的光学特性、光能利用、光学遥感，以及光学与声学的协同等。
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