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光学是物理学最古老的基础学科之一。到了近代，随着望远镜、显微镜的制造，几何光学出现转折性的发展。
光学仪器制造在17世纪的最大成就是望远镜、显微镜的发明。17世纪初期，荷兰的一位眼镜商汉斯·利伯希最先申请了望远镜专利，但同一时期的其他人也声称自己发明了望远镜，因此，荷兰并未授予汉斯·利伯希发明专利权。1609年，伽利略制造了一架40倍的双镜望远镜来观察天体，这是第一部投入科学应用的望远镜。
而最早的显微镜则是在16世纪末期就已经由汉斯·利伯希和亚斯·詹森分别制造出来，但都并没有用其做过重要观察，所以未引起世人重视。直到17世纪中后期，罗伯特·胡克和安东尼·列文虎克先后用显微镜观察了植物及动物的细胞结构，才开创了人类使用仪器研究微观世界的先河。
望远镜和显微镜的发明激励了物理学家对光学做更深入的研究。开普勒对光学做了进一步研究，在1611年出版的《折光学》一书中，得出了折射定律的经验表示，对望远镜原理进行了正确的解释，并设计了由两块凸透镜构成的开普勒天文望远镜。斯涅耳在1621年发表的一篇文章中对光的折射定律进行了如下叙述：“对于给定的两种物质，入射角和折射角的余割之比保持相同的数值”，并用实验证实了这一结论。1637年，笛卡尔在《屈光学》一书中对光的折射定律从光的微粒观念角度进行了推导，并得到由正弦表示的现代形式的折射定律。费马在1657年提出了光在介质中传播时所走的路程取极值的定理，又假定光在较密的介质中速度较小，推导出了光的反射定律和折射定律。