大多數常見的 ''' 光 學現象都可以用学'''，是[[ 古典電动力學物理学]] 理論來說明。但 的分支，主要 是 ，通常這全套理論很難實際應用，必需先假定簡單模型。研究[[ 幾何 光 學]]的 模型最為容易使 现象、性质与应 用 。它試圖將 ，包括光与物质之间的相互作用、 光 當 学仪器的制 作 射線（ 。 光 線），能夠直線移動，並且在遇到不同介質時會改變方向；它能夠解釋像直線傳播、学通常研究[[ 反射红外线]]、[[ 折射紫外线]] 等等很多光線現象。及[[ 可见光]]的 物理 行为。因为 光 學是[[电磁波]] 的模型比較精密 ， 其 它 把光當作是傳播於介質 形式 的电磁辐射，例如[[ 波動X射线]] （光波）。除了反射 、 折射以外，它還能夠以 [[微 波 性質來解釋向前傳播 ]] 、[[ 干涉 (物理学)|干涉电磁辐射]] 、及[[ 偏振无线电波]]等等 也具有类似 光 學現象。幾何光學不能解釋這些比較複雜 的 光學現象 特性 。 在歷史上，光的射線模形首先被發展完善，然後才是光的波動模形.

很 大 多 現 数常见的光学现 象 涉及到光的都可以用[[ 波粒二象性古典电动力学]] 理论来说明。但是，通常这全套理论很难实际应用，必需先假定简单模型 。 只有[[ 量子力學几何光学]] 的模型最为容易使用。它试图将光当作射线（光线）， 能 夠 够直线移动，并且在遇到不同介质时会改变方向；它能够 解 釋這些現象<ref>释像直线传播、[[反射]]、[[https://v.youku.com/v_show/id_XMzUwMTYzNjM4MA==.html 量子力学1.1- 折射]]等等很多 光 的波粒二 线现 象 性_高清]，优酷，2018-3-30</ref> 。 在量子力學裏，光被視為由一群稱為[[ 物理 光 子学]] 的模型比较精密，它把光当作是传播于介质 的[[ 粒子波动]] 組成 （光波） 。除了反射、折射以外，它还能够以波性质来解释向前传播、[[ 量子光學干涉 (物理学)|干涉]]、[[偏振]] 專門研究怎樣用量子力學來 等等光学现象。几何光学不能 解 釋 释这些比较复杂的 光 學現 学现 象 。在历史上，光的射线模形首先被发展完善，然后才是光的波动模形 。

進一步將 很多现象涉及到 光 的[[波粒二象性]]。只有[[量子力 学 細分類。 ]]能够解释这些现象<ref>[https://v.youku.com/v_show/id_XMzUwMTYzNjM4MA==.html 量子力学1.1- 光的 纯科 波粒二象性_高清]，优酷，2018-3-30</ref>。在量子力 学 领域 里 ， 通常 光 被 称 视 为 光学或「光学物理」。应用光学通常被 由一群 称为[[光 学工程子]] 。光学工程中涉及到的[[ 照明粒子]] 系统的部分，被特别称为「照明工程」。每一个分支在应用、技术、焦点以及专业关联上，都有很大不同 组成 。 在光学工程中，比较新的发现，通常被归类为[[ 量子 光 子 学]] （photonics） 专门研究怎样用量子力学来解释光学现象 。

因为 进一步将 光学 在实际中被广泛应用，光学物理和工程 细分类。 光 的纯科 学 ，在 领域 上 ， 有很大程度的互相交叉。 通常被称为光学或「 光学 也与电子工程、 物理 」。应用光 学 、天文學、医学（尤其是通常被称为[[ 眼科 光 学工程]] 与。光学工程中涉及到[[ 視光學照明]] ）等许多学科密切相关 系统的部分，被特别称为「照明工程」 。 很多關鍵科 每一个分支在应用、 技 术、焦点以及专业关联上， 都 能找到 有很大不同。在 光 學 学工程中，比较新 的 研究果實 发现 ， 包括通常被归类为[[ 鏡 光 子学]] 、[[透鏡]]、[[望遠鏡]]、[[顯微鏡]]、[[激光]]、[[光纖]]、[[發光二極體]]、[[光伏]]等等 （photonics） 。

== 经典 因为 光 學 ==学在实际中被广泛应用，光学物理和工程光学，在领域上，有很大程度的互相交叉。光学也与电子工程、物理学、天文学、医学（尤其是[[眼科学]]与[[视光学]]）等许多学科密切相关。很多关键科技都能找到光学的研究果实，包括[[镜子]]、[[透镜]]、[[望远镜]]、[[显微镜]]、[[激光]]、[[光纤]]、[[发光二极管]]、[[光伏]]等等。

==经典光学== 在[[量子光 學学]]的重要性被揭示之前，光学的基本理论主要是经典电磁场理论以及它在光学领域的。经典光学可以分成两个主要分支：[[几何光学]]与[[物理光学]]。

[[几何光学]]，又称射线光学，描述了[[光]]的[[波的传播|传播]]。在几何光学中，光被称作是 "[[射线]]"（光线）。光线会在两种不同介质的界面改变传播方向，并有可能在[[折射率]]随位置变化的介质中发生曲线弯折的现象。几何光学中的“光线”是抽象的物体，它的前进方向垂直于光波的[[波前]]。几何光学给出了光线通过光学系统的传播规律，以此可以预测其实际波前的位置。[[ 費馬 费马 原理]]是 幾 几 何光 學 学 的基本定理：光传播的路径是光以最短 時間 时间 通 過 过 的路径由此可以推 導 导 出 許 许 多几何光学的定律。考 慮 虑 一 個 个 由[[透镜]]、[[反射镜]]及[[棱镜]] 組 组 合而成的光学系统，用几何光学可以 說 说 明其中的[[光的反射定律|反射]]、[[折射]]等 現 现 象，需要注意的是，几何光学简化了光学理论，因此它无法解释很多重要的光学效应，例如：[[ 繞 绕 射]]、[[偏振]]等。 通过[[近轴近似]]（也称为小角近似），可以对几何光学做进一步简化，并对应于数学描述上的线性化。在近轴近似条件下，光学组件和系统可以通过简单的矩阵来表示。[[高斯光学]]以及近轴都是以近轴近似的基础进行发展，可以确定光学系统的一阶特性，例如找出成像位置、物体位置以及[[放大倍率]]的近似值等[[高斯光束|高斯光束传播]]是近轴光学的扩展，它可以更为精确地描述相干传播（如[[激光]]光束）。即使仍然使用近轴近似，这一技术可以部分描述衍射，能够精确计算激光束随距离传播的速率以及其最小的汇聚尺寸。高斯光束传播理论因此可以沟通几何光学与物理光学。 ===物理光学===

通过[[ 近轴近似物理光学]] （也稱為小角近似） ， 可以对几何 或称波动 光学 做进一步简化 ， 并对应于数学描述上的线性化。 建立 在 近轴近似条件下，光学元件和系统可以通过简单的矩阵来表示。[[ 高 惠更 斯 光学原理]] 以及近轴都是以近轴近似的基礎進行發展 之上 ，可以 确定 建立复波前（包括[[振幅]]与[[相位]]）通过 光学系统的 模型。这 一 阶特性，例如找出成像位置 技术能够利用计算机数值仿真模拟或计算[[衍射]] 、 [[干涉_( 物 體位置以及理学)|干涉]]、[[散射]]、[[ 放大倍率偏振]] 的近似值等特性、[[ 高斯光束|高斯光束传播像差]] 是近轴 等各种复杂 光学 的扩展，它可以更为精确地描述相干传播（如现象。[[ 激 物理 光学]] 名称中的「物理」表示它比几何 光 束） 学更接近物理原理，但仍然只是物理理论的近似而已 。 即使 由于 仍然 使用近轴 有所 近似， 这一技术可以部分 因此物理光学不能像电磁波理论模型那样能够全面 描述 衍射 光传播。对于大多数实际问题来说 ， 能够精确 完整[[电磁波]]理论模型 计算 激光束随距离传播 量太大，在现在 的 速率以及其最 一般计算机硬件条件下并不十分实用，但 小 尺度 的 汇聚尺寸。高斯光束传播理论因此 问题 可以 沟通几何光学与物理光学 使用完整波动模型进行计算 。

=== 物理 近代 光学 ===[[物理光学]]，或称波动光学，建立在[[惠更斯原理]]之上，可以建立复波前（包括[[振幅]]与[[相位]]）通过光学系统的模型。这一技术能够利用计算机数值仿真模拟或计算[[衍射]]、[[干涉_(物理学)|干涉]]、[[散射]]、[[偏振]]特性、[[像差]]等各种复杂光学现象。[[物理光学]]名稱中的「物理」表示它比幾何光學更接近物理原理，但仍然只是物理理論的近似而已。由于仍然有所近似，因此物理光学不能像电磁波理论模型那样能够全面描述光传播。对于大多数实际问题来说，完整[[电磁波]]理论模型计算量太大，在现在的一般计算机硬件条件下并不十分实用，但小尺度的问题可以使用完整波动模型进行计算。

近代 现在， 光 學包括了二十世紀開始研究 学中纯物理 的 光學科學及光學工程。光學科學 部份 一般會和光的会称为[[ 電磁光物理学]] 特性 ，和光学中应用科学 或 是[[量子]]特性（工程的部份分开，后者则称为[[光 子电工程]] ）有關，不過也包括其他領域 。[[量子 光 學]]是近代光學 电工程 的主要 子領 领 域 之一，處理光的包括有[[ 量子力學照明]] 特性。量子光學不只是理論而已，像工程、[[ 雷射光子学]] 等現代光學設備其中的原理都是以量子光學為基礎。像及[[光电 倍增管]]或[[電子倍增管工程]]等 光偵測器可以對單一，实务应用[[光 子]]反應。像[[感光耦合元 学构 件的制作和检测]] 等電子式的及[[图像 传感器]]，也會因為個別光子的統計特性而出現[[散粒噪声处理]] 等 。 若沒 其中部份领域 有 量子力學 些重迭 ， 也就無法理解[[發光二極體]]及[[太阳能电池]] 而各概念的差异在不同 的 原理。量子光學常和量子電子學重疊特別領域 地区或是不同 的 光學研究 产业 也 包括光和特定材料之間的關係（如及会略有不同。因为[[ 超材料雷射]] ），其他的研究包括電磁波 技术 的 現象 进展 ， 以及[[光学涡旋]]、、[[ 在数十年前就开始了一个 非线性光学]]、統計光學、[[光度学]]及[[辐射度量学]]等。此外，電腦工程師對[[積體光學]]、[[機器視覺]]及[[光學電腦|光學計算]]等有興趣，這些可能是下一代電腦中 的 重要組件专业研究社群

現在， == 光 學中純物理的部份會稱為[[光物理學]]，和光學中應用科學或工程 学 的 部份分開，後者則稱為[[光電工程]]。光電工程的主要領域包括有[[照明]]工程、[[光子学]]及[[光電工程]]等，實務應 应 用[[光学构件的制作和检测]]及[[影像處理]]等。其中部份領域有些重疊，而各概念的差異在不同的地區或是不同的產業也會略有不同。因為[[雷射]]技術的進展，在數十年前就開始了一個非線性光學的專業研究社群==

== 光學的應用 ==每天生活中有 許 许 多都和光 學 学 有 關 关 。生物的[[视觉系统]]就是以光 學 学 原理 運 运 作，是[[五感]]之一。[[眼 鏡镜]]或[[ 隱 隐 形眼 鏡镜]] 幫 帮 助人 們 们 改善 視 视 力，而光 學 学 也是 許 许 多消 費 费 性 產 产 品（例如[[相 機机]]）的重要 機 机 能，[[望 遠鏡远镜]]、[[ 顯 显 微 鏡镜]]及[[放大 鏡镜]]都是典型的[[光 學儀 学仪 器]]。[[彩虹]]及[[海市蜃楼]]都是[[光 學現 学现 象]]，而[[光通 訊讯]]是 現 现 在[[ 網際網路因特网]]及的基 礎 础 。

人眼的功能是 將 将 光 線 线 聚焦在 稱為称为[[视网膜]]，位在眼球 內 内 部 後 后 方的[[感光细胞]]。聚焦是由一系列的透光物 質來達 质来达 成。 進 进 入眼球的光 會 会 先通 過过[[角膜]]，之 後 后 通 過 过 角膜 後 后 的液 態區 态区 域接 著進 着进 入[[瞳孔]]。光之 後 后 通 過 过 可以 調節 调节 及聚焦光 線 线 的[[晶状体]]，接 著會經過 着会经过 人眼中的主要液 態區 态区 域[[玻璃体]]，最 後進 后进 入[[视网膜]]。视网膜的 細 细 胞在眼球 內側 内侧 的 後 后 面，只有一 點 点 是[[视神经]] 離開 离开 眼球的路 徑 径 ， 這個點 这个点 也是眼睛的[[盲 點 点 (眼)|盲 點点]]。

眼睛中有 兩種 两种 感光 細 细 胞，分 別 别 是[[ 視 视 杆 細 细 胞]]及[[ 視錐細 视锥细 胞]]， 會 会 以不同的方式感 測 测 光 線线[[ 視 视 杆 細 细 胞]] 對廣 对广 泛 頻 频 率 範圍內 范围内 的光 強 强 度 變 变 化很敏感， 負責 负责 ， 視 视 杆 細 细 胞分布在的 區 区 域， 對於 对于 光在空 間 间 中的 變 变 化或是 隨時間 随时间 的 變 变 化不如 視錐細 视锥细 胞那 麼 么 敏感。不 過視 过视 杆 細 细 胞在 視網 视网 膜中分布的 區 区 域 較廣 较广 ，且 數 数 量是 視錐細 视锥细 胞的二十倍，因 為 为 其分布位置的 廣 广 泛， 視 视 杆 細 细 胞 負責负责[[ 視錐細 视锥细 胞]] 對 对 光的整 體強 体强 度 變 变 化 較 较 不敏感，但 視錐細 视锥细 胞分 為 为 三 種 种 ， 對 对 三 個 个 不同 頻 频 率 範圍 范围 的光很敏感，因此用 來認 来认 知[[ 顏 颜 色]]及。 視錐細 视锥细 胞集中在正中凹，其空 間 间 的 解析度較視 分辨率较视 杆 細 细 胞要好。因 為視錐細 为视锥细 胞在光 線 线 暗 時 时 不像 視 视 杆 細 细 胞那 麼靈 么灵 敏，夜 間視覺會 间视觉会 因 為 为 而受限。因 為視錐細 为视锥细 胞集中在正中凹，大部份的中央视觉（例如 閱讀 阅读 、做精 細動 细动 作或 檢 检 查物品需要的 視覺 视觉 ）都是由 視錐細 视锥细 胞 進 进 行。

===大 氣 气 光 學学===

大 氣獨 气独 特的光 學 学 特性造成很多 壯觀 壮观 的光 學現 学现 象，像天空的 藍 蓝 色就是[[瑞利散射]]的 結 结 果<ref>[https://blog.csdn.net/vincent1456/article/details/60882832 用瑞利散射解释天空的颜色]，CSDN，2017-03-08</ref>， 將較 将较 高 頻 频 率的 顏 颜 色（ 藍 蓝 色）反射到 觀 观 察者眼前。因 為藍 为蓝 光比 紅 红 光容易被散射， 當 当 透 過較 过较 厚的太 氣來 气来 直接 觀測 观测 太 陽 阳 （如[[日出]]或[[日落]]） 時 时 ，太 陽會 阳会 呈 現紅 现红 色。天空中其他 顆 颗 粒物也可以在不同角度散射不同 顏 颜 色的光，因此在 黃 黄 昏和黎明 時會 时会 有多彩 發 发 光的天空。大 氣 气 中[[冰晶]]或其他物 質 质 的散射造成了[[ 暈晕]]、[[晚霞 餘暉余晖]]、[[ 華 华 (光象)| 華华]]、[[ 雲 云 隙光]]及[[幻日]]等大 氣現 气现 象。 這 这 些 現 现 象的不同是因 為 为 空 氣 气 中粒子的大小及其 幾 几 何形 狀状

[[海市蜃楼]]是光因 為 为 不同 溫 温 度下空 氣气[[折射率]]的 變 变 化而 產 产 生的光 學現 学现 象。光 線 线 在 傳 传 播 於 于 不同 溫 温 度下的空 氣時 气时 被偏折而在 遙遠 遥远 的距 離 离 或天空中生成 虛 虚 像，因此物 體會 体会 出 現於 现于 原先不可能出 現 现 的位置。其他相 關 关 的光 學 学 效 應 应 包括[[新地 島 岛 效 應应]]，也就是太 陽 阳 上 昇 升 的比 預 预 期 時間 时间 要快，而且形 狀 状 扭曲。[[ 複雜 复杂 蜃景]]是和[[逆 溫温]]下的折射有 關 关 的光 學現 学现 象，是像 島嶼 岛屿 、 懸 悬 崖、船舶及冰山等物 體 体 在地平 線上 在线 ，其外形伸 長 长 且拉高，看起 來 来 像「童 話 话 故事 裡 里 的城堡」

[[彩虹]]是光在雨滴中的 內 内 反射及色散折射所造成。若在雨滴中只有 單 单 一反射， 會 会 在天空仰角 約40 约40 °至42°度形成彩虹， 紅 红 色在最外 層 层 ，若是在雨滴中有二次反射， 會 会 在天空仰角 約50约50.5°至54°形成彩虹，紫色在最外 層 层 。因 為 为 太 陽 阳 和彩虹的中心 會 会 相差180度，若太 陽 阳 越靠近地平 線 线 ，彩虹 會 会 更明 顯 显 。

[[Category:336 光；光 學学]]