幾何光學

  從幾個由實驗得來的基本原理出發(fā)來研究光的傳播問題的學科。基于光線的概念和光線的折射、反射定律來描述光在介質中傳播規(guī)律的學科。

  波動光學

  從光是一種波動出發(fā)，研究光在介質中傳播規(guī)律的學科?？捎脕硌芯抗獾母缮?、光的衍射、光的偏振及其在各向異性介質中傳播所呈現(xiàn)出的現(xiàn)象。由于光速和電磁波傳播速度相同，從而推測光也是電磁波，這一推測被以后所有實驗所證實。而利用幾何光學所得的結果，通常總是波動光學在某些條件下的近似。

  與幾何光學不同，波動光學考察孔徑遠大于波長情況下的光的傳播過程，而且研究任何孔徑情況下的光的傳播過程。波動光學總能得出正確的解，但是有時用波動光學方法較為復雜，所以通常根據(jù)問題的性質來決定采用幾何光學還是波動光學，或者兩者兼而用之。例如，在光學儀器的一般光學系統(tǒng)設計中，多用幾何光學方法來確定系統(tǒng)的結構要素，但在求得光能分布形式從而評價其成像質量時，就應用波動光學方法。

  波動光學的理論基礎就是經典電動力學的麥克斯韋方程組。光在介質中的宏觀參量介電常數(shù)ε和磁導率μ，麥克斯韋方程組中表現(xiàn)為系數(shù)。它們與透明介質的折射率n之間有個簡單的關系：n=(εμ)1/2。波動光學不詳細論述ε和μ與物質結構的關系，而側重于解釋光波的傳播規(guī)律。在建立ε和μ跟分子和晶體結構之間的關系中，研究這些內容有時稱為分子光學。波動光學可解釋光在散射介質和各向異性介質中傳播時所伴隨產生的過程和在介質界面附近的表現(xiàn);也能解釋色散現(xiàn)象和各種介質中壓力、溫度、聲場、電場和磁場對光學現(xiàn)象的影響。

  雖然波動光學能對光的傳播作出滿意的解釋，但一般不能說明光的發(fā)射和吸收過程，表現(xiàn)出經典物理的困難。