幾何光學(xué)

  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(xué)科?；诠饩€的概念和光線的折射、反射定律來描述光在介質(zhì)中傳播規(guī)律的學(xué)科。

  波動光學(xué)

  從光是一種波動出發(fā)，研究光在介質(zhì)中傳播規(guī)律的學(xué)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(zhì)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(xué)所得的結(jié)果，通?？偸遣▌庸鈱W(xué)在某些條件下的近似。

  與幾何光學(xué)不同，波動光學(xué)考察孔徑遠(yuǎn)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(xué)總能得出正確的解，但是有時用波動光學(xué)方法較為復(fù)雜，所以通常根據(jù)問題的性質(zhì)來決定采用幾何光學(xué)還是波動光學(xué)，或者兩者兼而用之。例如，在光學(xué)儀器的一般光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中，多用幾何光學(xué)方法來確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要素，但在求得光能分布形式從而評價其成像質(zhì)量時，就應(yīng)用波動光學(xué)方法。

  波動光學(xué)的理論基礎(chǔ)就是經(jīng)典電動力學(xué)的麥克斯韋方程組。光在介質(zhì)中的宏觀參量介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ，麥克斯韋方程組中表現(xiàn)為系數(shù)。它們與透明介質(zhì)的折射率n之間有個簡單的關(guān)系：n=(εμ)1/2。波動光學(xué)不詳細(xì)論述ε和μ與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，而側(cè)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(jié)構(gòu)之間的關(guān)系中，研究這些內(nèi)容有時稱為分子光學(xué)。波動光學(xué)可解釋光在散射介質(zhì)和各向異性介質(zhì)中傳播時所伴隨產(chǎn)生的過程和在介質(zhì)界面附近的表現(xiàn);也能解釋色散現(xiàn)象和各種介質(zhì)中壓力、溫度、聲場、電場和磁場對光學(xué)現(xiàn)象的影響。

  雖然波動光學(xué)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(jīng)典物理的困難。