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关于光的本性，古人有一些思辨的认识，到了近代，几何光学的发展，干涉、衍射、双折射和偏振现象的发现，英国皇家学会的成立，均为牛顿的光学研究奠定了基础。
对光的本性的研究可以从古希腊算起，当时已经形成关于光的本性的三种基本观点。第一种观点：光是连接发光体和人眼的某种光线，光线来源于人的眼睛。这种观点开始有很多追随者，如欧几里得在表述第一个几何光学定律——光的直线传播时说“眼睛放出的光线是沿着直线传播的”。托勒密也持这一观点。后来持这种观点的人越来越少。第二种观点：发光体发射出的光线映入人眼时总带有发光体的痕迹。持这一观点的人物有原子论者德谟克利特、伊壁鸠鲁和卢克莱修。根据这一观点形成了17世纪的光的微粒说的思想来源。第三种观点：光是在空间（介质中）传播的动作或运动，代表人物亚里士多德。这一观点在17世纪得到发展，为光的波动说奠定了基础。
几何光学不依赖于光起源的种种假说独立发展起来了。受原子论的影响，德谟克利特对光的认识也带着明显的原子味道。光的直线传播定律、光的反射定律在希腊时代已经为人所知。光的折射定律是由荷兰学者威里布里德·斯涅耳和法国学者勒内·笛卡尔分别独立提出来的。
望远镜（1609）和显微镜（1637）的先后问世激励了开普勒对光学的进一步研究，他概括了前人的光学知识，于1611年发表《折光学》，奠定了近代实验光学的基础。《折光学》阐述了用点光源照明时，照度与受照面到光源距离的平方成反比的照度定律，还对望远镜的理论进行了探讨，近似得出折射定律的经验表示。开普勒设计了几种新型的望远镜，制成了用两块凸透镜构成的开普勒天文望远镜。
费马在做了一些假定后，得出了光的折射定律。1657年，费马提出了光在介质中传播时所走的路程取极值的原理，由此推导出光的折射定律和反射定律。到17世纪中叶，几何光学的基础已经打牢。
17世纪中叶以后，人们陆续发现自然界中存在着与光的直线传播现象不完全符合的事实，如衍射、干涉、双折射、偏振现象。
意大利物理学家格里马尔迪首先观测到光的衍射现象。他在观察小棍子放在光束中所形成的影子时发现：小棍子的影子比按几何光学计算时应有的大小要宽一些。此外，影子的边沿还有几层带颜色的带子。这种光在物体边缘处发生微小的拐折的现象被称为衍射。
格里马尔迪发现光的干涉现象。实验如下：在遮窗子的百叶窗上开洞，可得两个光锥体，两个锥体会在屏幕放置的地方重合起来，并由此发现在某些地方屏幕的照度会比只有一个光锥体照耀时要小些。由此得出增加光并不总是增加照度的结论。
1669年丹麦学者巴尔托林发现冰岛石晶体中双折射的现象，通过冰岛石晶体观看某一物体，可以看到两个相互位移的影像。
17世纪70年代，关于光的本性的波动说产生。胡克认为光是类似于水波的脉冲，他利用类比的思想，把光看成是机械波。惠更斯认为光是发光体中微小粒子的振动在“以太”中的传播过程，将光波类比于声波，光是像声音一样的纵波。
英国皇家学会是世界上成立最早和最著名的科学团体之一，是一个自筹经费、官方批准的民间学术团体。英国一群年轻的科学家聚集在伦敦讨论自然问题，自称为哲学学院。1660年，英国这群年轻的科学家在格雷山姆学院商定建立一个正式的学会，以促进数学物理知识发展。1662年，国王查理二世正式批准成立“以促进自然知识为宗旨的皇家学会”，布隆克尔勋爵为第一任会长，威尔金斯和奥尔登伯格为学会秘书，胡克为总干事。皇家学会基本贯彻了培根的学术思想，注重实验、发明和实效性的研究。皇家学会创办了机关刊物《哲学学报》，主要刊登会员提交的论文和摘要、自然现象报道、学术通信和书刊信息。