十六和十七世纪实验科学的成长，推动了人们对光的研究。因为一切观察主要是靠光进行的，而且为了扩大肉眼观察能力也要发展光学仪器。文艺复兴时期的艺术家，为了取得自然主义的表达效果和提高他们绘画的透视感，曾经研究过光学问题。后来人们就寻找比已有的眼镜和放大镜更强的仪器，这个运动约在十七世纪初，因荷兰密德堡的眼镜商汉斯？立帕席和沙加里亚斯？詹森（Zacharias Jansen）发明了望远镜和复合显微镜而达到高潮。当时的学者们，特别是伽利略和刻卜勒，把这些手工艺的发现拿过来，并且研究了它们所包含的理论原理。在十七世纪，人们的注意力都集中在望远镜上，因为它在天文学和航海上用处都非常之大，而且它的缺点不象早期显微镜的缺点那样严重。可是，显微镜仍然造了出来，而且被当时的科学家采用了。伽利略约在公元1610年时曾用显微镜研究了昆虫的生理解剖结构，他的这项工作由英国的胡克在十七世纪六十年代继续进行下去。到了十七世纪末期，一个兴盛的显微镜学派在荷兰就发展起来了。
伽利略不论在光学理论或者光学仪器方面都没有作出多大贡献。他的望远镜原则上和荷兰眼镜商造的一样，由一块凸透镜片和一块凹镜片合成，虽然他在望远镜的操作上作了改进。相反，刻卜勒则设计了几种新望远镜，特别是用两块凸透镜片的天文望远镜，而且就象伽利略奠定近代实验力学的基础和吉尔伯特奠定近代磁学基础一样，刻卜勒则奠定了近代实验光学的基础。刻卜勒看到光从已知光源以球面辐射出来，直觉地提出了光度随距离减弱的平方反比律。托勒密的折射定律大致上假定光的入射角和折射角之间有一种直接比例；刻卜勒研究了光线在两种透明介质的界面的弯曲现象，指出托勒密的这条定律只适用于小于30°的角度。刻卜勒觉得介质的折射力和介质的密度成正比，但是英国数学家哈略特向他指出，油比水的折射率大，但是油比水的密度小。
正确的光的折射律是由莱顿的一位数学教授威里布里德？斯涅尔（Willebrod Snell，公元1591－1626）在公元1621年发现的；斯涅尔发现对于介于两介质的给定界面说来，入射角的正弦和折射角的正弦总是相互保持同一比例，这个比例就叫做这个界面的折射率。这个定律在公元1637年第一次被笛卡儿公诸于世，因为笛卡儿设想光由微粒形成并且走的是快速直线运动，现在他企图用这种微粒说来解释斯涅尔的定律和其他光学现象。笛卡儿认为光的反射只是微粒根据力学定律从一个弹性面上弹回来。同样，光从密介质进入稀介质的折射可以比拟为球穿过一片薄布一样。球速和布面成直角的分力因布的阻力而减弱了，但是和布平行的分力则照旧不变。因此球的全部速度将会减弱，而它的轨迹将会向布弯去，就象光从密介质通向稀介质时弯向界面一样。这个比喻暗示光在密介质中比在稀介质中走得快。笛卡儿说，如果我们记着球沿着硬而重的桌子滚动比滚过一块软而轻的地毯容易得多，我们对这里的效果就满可以懂得了。
笛卡儿还有一个关于光的第二种理论，根据这种理论，光是一种作用或者压力，是物体通过为物质塞满的空间向眼睛所施的作用或压力。他设想光就象物体通过盲人的手杖传到盲人手中的压力。笛卡儿深信，是日光的压力保持太阳系的旋涡顶住太阳系外面恒星旋涡的压力。因此宇宙旋涡的离心力只不过是这些旋涡中心地带所发出的光压。光的各种颜色是由空间物质的不同转动速度造成的，红是由最快的速度造成，青是由最慢的速度造成。笛卡儿学派发展了光是空间的以太传播作用的学说，而牛顿和他的信徒则采纳了光的微粒学说。
笛卡儿推论光在密介质中一定比在稀介质中走得快，被比埃尔？德？费尔玛（Pierre de Fermat，公元1608－1665）提出疑问。费尔玛是法国图卢兹地方法院的一个法律顾问。费尔玛的论证是根据经济原则提出的，这个原则设想自然界的作用总是尽可能以最少的时间完成。他然后阐明，如果光在密介质里比在稀介质里走得慢些，那末光的反射定律和折射定律就是遵守最少时间原理的必然结果。这样一个结果和笛卡儿的微粒说是相反的，而且实际上和一般的光的发射说都相反，但和假定光是以太介质的传播作用那个学说相合拍，诸如惠更斯所建议而为其他笛卡儿派所发展了的光的波动说。
光的波动说是由意大利波伦亚大学的一位耶稣会派数学教授弗兰彻斯科？格里马第（Francesco Grimaldi，公元1618－1663）首先倡仪的。格里马第察觉光并不完全走直线，因为他发现影子比假定光走直线的应有的大小要稍为大一点。再者，他察觉影子的边缘往往带上颜色，所以他设想光是一种能够作波浪式动作的流体，不同的颜色是波动频率不同的结果，就象声音振动的音一样。他说，如果光的流体的动作是波浪式的，那末影子的边缘就应当是模糊的和有颜色的，因为水波碰到障碍物时很容易就绕过去。
格里马第在公元1655年设想他的光流体以极快的速度运动，始终都在波动着。惠更斯在公元1678年和公元1690年提出的理论比较接近正统的光的波动说。他设想传光流体或者以太是静止的，光是由这种介质传播出来的纵波。惠更斯在巴黎科学院的同事奥劳司？雷默（Olaus Romer，公元1644－1710），一位丹麦天文学家，在公元1672年到公元1676年这几年间曾经发现光行有一定速度。他发现木星的几个月亮当地球离开它们时比地球向它们走近时的周转期较长，而且月食次数较少。雷默把这些现象理解为光行有一定速度的结果，光横贯地球轨道的时间需要十一分钟。惠更斯把光行有一定速度和光是一种波动的假说合并起来。他设想有一种延续的发光的以太通过整个空间，这种以太是由有弹性的硬粒组成，能传送冲力而本身不被冲掉。所以每一微粒都在一个平均位置上振动，并把运动传给邻近的许多微粒，这样一来，来自任何光源的骚动都将以固定速度球面地向空间传送出去。他认为，一切透明物体都充满着这种以太，所以光能够透过它们。但是光波得绕过透明物体本身的微粒，因而慢了下来，这样就说明了光的折射现象。
在公元1670年，丹麦的伊拉斯谟？巴塞林（Erasmus Bartholin）发现光线能被冰洲石的结晶体一分为二──一束是所谓寻常光线，遵守折射定律，另外一束异常光线则不遵守这个折射律。惠更斯给这种现象的解释是，冰洲石的微粒可能是椭圆形的，因此光线向这一方向绕过微粒，可能比向另一个方向绕过微粒的路程要长些。这样一道光线在透进这种晶体时，就会根据路程的长短分裂为两半。可是他发现，把两块这样的结晶体随便地放在一起时，会发出四道光线，而且把两块结晶体摆成直角地位时，寻常光线和异常光线就会相互调换。这些现象他都没法解释，同时他也不能解释影子边缘和薄薄的油层、空气和玻璃的彩色。
牛顿是因为近代镜片望远镜制作不够完善，给出有彩色的和歪曲的影象，因而研究起光学来的。这些毛病是由于光透过弯曲玻璃即镜片的缘故，所以牛顿认为镜片望远镜的这种毛病可以补救。因此他在公元1668年就设计和制造了第一座反光望远镜，用一只凹面镜把光线集中起来。他接着在公元1672年用几块表面并不平行的玻璃，继续研究白光分为颜色的现象。他用三棱镜把白光分解为光谱上的颜色，再把每一种颜色孤立起来，他用第二个三棱镜表明这些颜色都有它们各自特殊程度的折射性，而且不能再行分解。牛顿开头倾向光的波动说，但在公元1704年出版的《光学》里，他采用了光的微粒说，不过仍旧保留光的波动说的一些要点。他设想光的微粒走纵向运动时，在周围的以太激起振动，可以加强或者阻碍光的微粒的动作。牛顿认为这就可以解释为什么光经过两个介质的界面时一部分反射而另部分折射的现象，加强的微粒具有穿过界面的必要冲力，而受阻尼的微粒由于缺乏这种冲力，就反射出去。当一个双凸镜和一个平凸镜的平的一面放在一起时，就产生了一圈圈明暗相间的同心圆，牛顿对这些同心圆也作了同样的解释。当这两种镜片之间的距离有所改变时，牛顿觉得光线会被伴随光线的以太振动交替加强或者阻尼，其情况视镜片之间的距离是波长的整数与否而定。这样一来，光线就会交替地从其接触点通过透镜的表面而反射出来，从而产生一连串的明暗圈。在解释从冰洲石所观察到的双折射现象时，牛顿设想光的微粒有“面”，因此光线就象一根具有矩形横截面的棍子一样。他觉得冰洲石的微粒具有同样的双重性，所以光线通过这种晶体时要经过两条途径。
牛顿以后，光学总有一个世纪没有取得什么进展。多数的科学家都采纳了光的微粒说，不过瑞士的笛卡儿派学者约翰？贝努力（John Bernoulli，公元1710－1790）和利昂纳德？欧勒（Leonard Euler，公元1707－1783）却采用光的波动说。柏林科学院的一个法国数学家，比埃尔？莫泊丢（Pierre Maupertuis，公元1698－1759），把费尔玛的最小量原理给光的微粒说保留下来。他假定最小量是光线的作用量，即速度乘距离，而不是时间，即速度除距离。根据这个假定，光应如牛顿所主张的和笛卡儿的光的微粒说也主张的那样，在密介质中走得快些。
牛顿认为透镜望远镜总会产生有颜色的象，这个看法受到了大卫？格雷戈里（David Gregory，公元1661－1708）的责难。格雷戈里是爱丁堡大学的数学教授，后来又任牛津大学的数学教授。他说人的眼睛就是一个透镜系统，然而眼睛并不产生透镜望远镜的那些色象差。因此，制造一种消色差透镜应当是可能的。他的叔父詹姆斯？格雷戈里（James Gregory，公元1638－1675）在他以前也任爱丁堡大学数学教授，对同一问题感到兴趣，而且先牛顿几年在公元1663年设计了一种反光望远镜，但没有制造出来。消色差透镜望远镜的制造方法，是由伦敦的一个法国胡格诺教徒出身的仪器制造商约翰？多兰（John Dolland，公元1706－1761）在公元1758年公布的。这之前，公元1733年一位业余科学家切斯特？摩尔？霍尔（Chester More Hall）第一次制造了一具没有色象的望远镜。
[英]梅森
