幾何光學(xué)

  從幾個(gè)由實(shí)驗(yàn)得來(lái)的基本原理出發(fā)來(lái)研究光的傳播問(wèn)題的學(xué)科?；诠饩€的概念和光線的折射、反射定律來(lái)描述光在介質(zhì)中傳播規(guī)律的學(xué)科。

  波動(dòng)光學(xué)

  從光是一種波動(dòng)出發(fā)，研究光在介質(zhì)中傳播規(guī)律的學(xué)科?？捎脕?lái)研究光的干涉、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(cè)光也是電磁波，這一推測(cè)被以后所有實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。而利用幾何光學(xué)所得的結(jié)果，通?？偸遣▌?dòng)光學(xué)在某些條件下的近似。

  與幾何光學(xué)不同，波動(dòng)光學(xué)考察孔徑遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)情況下的光的傳播過(guò)程，而且研究任何孔徑情況下的光的傳播過(guò)程。波動(dòng)光學(xué)總能得出正確的解，但是有時(shí)用波動(dòng)光學(xué)方法較為復(fù)雜，所以通常根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)來(lái)決定采用幾何光學(xué)還是波動(dòng)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(jì)中，多用幾何光學(xué)方法來(lái)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(píng)價(jià)其成像質(zhì)量時(shí)，就應(yīng)用波動(dòng)光學(xué)方法。

  波動(dòng)光學(xué)的理論基礎(chǔ)就是經(jīng)典電動(dòng)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(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)系：n=(εμ)1/2。波動(dòng)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(shí)稱為分子光學(xué)。波動(dòng)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(shí)所伴隨產(chǎn)生的過(guò)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(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的影響。

  雖然波動(dòng)光學(xué)能對(duì)光的傳播作出滿意的解釋，但一般不能說(shuō)明光的發(fā)射和吸收過(guò)程，表現(xiàn)出經(jīng)典物理的困難。