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四、透镜及复合透镜
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中国传统的透镜是水晶透镜。玻璃透镜是西域传入的。水晶透镜又称“珠”，“水晶珠”。古代人也用它点火，而且有许多考古发掘的凸透镜。
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南唐道士谭峭（生活于10世纪）珍藏有四种透镜，分别称之为“圭、珠、砥、盂”。在其著《化书》卷一《四镜》中描述了它们各自的成像：“圭视者大，珠视者小，砥视者正，盂视者倒”。按此成像以几何光学知识推测，此四镜应分别为：平凸透镜（圭），双凸透镜（珠），平凹透镜（砥），凹凸透镜（盂）。谭峭是中世纪期间藏有透镜类型最多的人，并且对它们的成像一一作出了描述。
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将不同透镜组合在一起，就成为一种复合透镜。宋代人称谓的“鲫鱼杯”或“青华酒杯”就是其中之一。宋代何薳（生卒年不详）在其著《春渚纪闻》卷九叙述了鲫鱼杯。当杯内无水时，“鱼不复见。复酌水满中，须臾一鱼泛然而起。以手取之，终无形体可拘。”宋代一本佚名者所撰《真率笔记》也说：“关关赠俞本明以青华酒杯，酌酒辄有异香在内，或有桂花或梅或枣，视之宛然，取之若影。酒干亦不见矣。俞宝之。”
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这种酒杯是这样制作的：在杯内底放入一枚小小凸透镜，并在其焦点内嵌入一小片类鱼、类花的小物件。当杯内盛上酒或水时，就可见嵌入物的放大的虚像（如图2.3所示）。因为盛水或酒后，水或酒本身成了一片平凹透镜。凸透镜与水相接的凸面，也即是水底的凹面。虚像是凸透镜与平凹透镜的组合效应。近年，商家在杯内嵌入明星小照片，举杯饮酒，则见明星在杯内微笑之，酒兴由是大发。孰不知此乃祖宗近千年前之作品矣。
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讲到透镜，中国古代有一项成就远在欧洲人之前，这就是冰透镜的发明。用冰块做成透镜，并用它对日取火，至晚为汉代人所知晓。汉代淮南王刘安在《淮南万毕术》中说：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”值得注意的是，做冰透镜的冰块必须是天然冰。人造冰不能用，因其内有气泡。再则，造冰透镜方法极巧妙，不必刀削斧砍，只要将大金属壶装上温水，用它在冰块上压旋几转，一个大冰透镜立可做成。因为，传统的烧水用的壶，其底是个圆凹面。清代郑复光曾以此法造冰透镜。
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五、透光镜之迷
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“透光”镜，是青铜制造的平面镜。当其反射阳光时，反射光斑中显露出镜背文字与花纹。其魔幻如此，遂以为阳光穿过镜体，将镜背花纹一一映射，故称其为“透光镜”。
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众所周知，除紫外光外，在紫外线以内的长光程光不能透过青铜物质。透光镜的奥秘，就在其表面并不平整，而是与其背面相同，故于反射光斑中见背面的文字及花纹图案。
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如何制造透光镜使它能“透光”？
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宋代沈括首次揭开其秘密。他认为镜背图案使镜体厚度不等。由是，铸镜过程中因热胀冷缩令镜体收缩率不同，故镜面隐隐有同背面相似花纹，人眼不识，以阳光照之则显。元代吾邱衍认为是在镜面以稍浊之铜填补铸成的。清代郑复光则认为，铸镜中因需刮磨表面令其平整，因之，令镜面产生了与镜背相同的纹迹。经过近年实验，这些方法都能做成透光镜。
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据考古发现，早在战国和西汉时期已有透光镜。较早的文字记载见之于北周庾信的《镜赋》：“镜乃照胆照心，难逢难值。镂五色之盘龙，刻千年之古字。山鸡看而独舞，海鸟见而孤鸣。临水则池中月出，照日则壁上菱生。”最后一句所描述的正是透光镜的效果。
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此后，隋大业七至十三年间（611～617年），王度在《古镜记》中描述其镜“承日照之，则背上文墨尽入影内，纤毫无失”。
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然而，“透光镜”三字出现于唐代，清代冯云鹏兄弟辑录的《金石索》中有一唐代八卦镜，镜背铭文有“透光宝镜”等字样。宋代沈括在《梦溪笔谈》中说：“世有透鉴，鉴背有铭文。凡二十字。字极古，莫能读。以鉴承日光，则背文及二十字皆透在屋壁上，了了分明。”透光镜在历史上颇多，制造并不困难。清代郑复光在其著《镜镜詅痴》（约1835年成书）中专辟一篇讲《透光镜》，并说：
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“透光镜，人争宝焉。不知湖州所铸双喜镜，乃日常用品，往往有之，非宝也。”郑复光以水面作比喻，论述了透光镜表现“凹凸有迹”、“起伏不平”，从而造成反射光斑中的图像。他还提醒人们，注意玻璃制品中可能出现类似现象。从而他亦为当代精密仪器的制造发出了警告。
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透光镜传到日本后，日本学者称其为“魔镜”。大约19世纪初传到欧洲。从1832年旅居印度的学者普林塞普（J. Prinsep）在《亚洲学会会志》中发表《论中国的魔镜》起，到1932年，英国物理学家、1915年诺贝尔物理奖获得者布拉格（W.H. Bragg, 1862～1942年）写下讨论它的同题之作，整一百年的时间，透光镜引起欧洲人极大兴趣。参与相关学术讨论的还有著名英国光学家布儒斯特（D.Brewster, 1781～1868年），法国光学家阿拉戈（F.J.Arago，1786～1853年）。1877年，Nature （Vol.16）杂志还为此开展了专门讨论。
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六、虹霓和分光现象
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虹霓、彩虹或雨虹，从甲骨文始便有许多文字记载。
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人们早已知道雨虹产生的气象条件。唐代孔颖达（574～648年）在注疏《礼记·月令》时明确指出：“若云薄漏日，日照雨滴则虹生。”“雨滴”之说已接近虹产生的科学见解：即雨滴对阳光的反射和折射。因此知识广为人所知，故唐宋时期已有儿童在做造虹实验。唐代张志和（744～773年）在《玄真子》中曾记下“背日喷水成霓虹之状”。宋代人苏鹗又指出，唐大中年间（847～860年）“京城小儿叠布蘸水，向日张之”，即令湿布喷洒水滴于空中，便能见虹，唐人称此为“捩晕”。
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除雨虹外，典籍中还记有冰珠、露珠和晶体的分光现象。北周庾信《郊行值雪》诗写道：“雪花开六出，冰珠映九光。风云俱惨惨，原野共茫茫。”庾信不仅记下雪花结晶六角形状，而且最早记下了阳光通过冰珠折射后多彩的“九光”现象。唐初孔德绍（？～623年）又在《登白马山护明寺》内描写了露珠折射阳光的色彩：“露花疑濯锦，泉月似沉珠。”宋代程大昌（1123～1195年）在其著《演繁露》中进而解释了露珠分光现象：“凡雨初霁或露之未曦，其余点缀于草木树叶之末，欲坠不坠，则皆聚为圆点，光莹可喜。日光入之，五色俱足，闪烁不定，是乃日之光品著色于水，而非雨露有此五色也。”从该段文字不难看出程大昌之高见：雨露之五色原是日光之“光品”。“光品”或可解为光的品质、本质，或可衍为“固有”。露珠的“五色”来自“光品着色于水”。他的解释已接近于近代光学的结论。对这种分光现象的仔细观察，还有历代炼丹家和本草药物学家。为鉴别上好的水晶以作丹料或药料，水晶分光现象就为道家著作和本草著作屡记不鲜。
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北宋真宗朝（998～1022年在位）名儒杨亿（974～1020年）在其著《杨文公谈苑》中就菩萨石（天然水晶）记述道：“嘉州峨眉山出菩萨石，人多采得之……日光射之，有五色，如佛顶圆光。”
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其后，寇宗奭在《本草衍义》（成书于1116年）中也记道：“嘉州峨眉山出菩萨石，形六棱而锐首……日隙照之，有五色，如佛顶圆光。俗谓菩萨光明所感，今亦称放光石。”宋代杜绾的《云林石谱》（成书1133年）是一本矿物学著作。其中也对菩萨石写道：“其色莹洁……映日射之，有五色圆光。其质六棱，或大如枣栗，则光彩微茫。间有小如樱珠，则五色灿然可喜。”
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直到明末，方以智（1611～1671年）在《物理小识》（初稿于1631年）中又写道：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色。如峨眉放光石六面也……。”英国物理学家牛顿（I.Newton, 1643～1722年）于1666年以三棱镜作分光实验，得出白光是由七色光组成的结论。孰知其前千余年间，中国人屡屡观察到多棱水晶、露珠、冰珠等物的分光现象，并由此推测到日光的品质就是“五色”的。
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