Вивчення оптичних властивостей світла

Вивченням світла і його взаємодії з речовиною займається розділ фізики, що називається оптикою (від дав.-гр. ὀπτική - наука про зорові сприйняття). Сучасна оптика досліджує не лише видиме електромагнітне випромінювання, а й ультрафіолетове (у тому числі м'яке рентгенівське) та інфрачервоне проміння.

Геометрична оптика

Довжини електромагнітних хвиль оптичного діапазону дуже малі, і при досить повільній зміні властивостей середовища вважають, що поширення світлової енергії відбувається вздовж геометричних прямих ліній - світлових променів. Уявлення про світлові промені разом з експериментально встановленими законами відбивання і заломлення світла на межі двох середовищ є основою променевої (геометричної) оптики.

Фізична оптика

Головну частину оптики становить фізична оптика, яка з'ясовує природу світла, закономірності його випромінювання, поширення, розсіяння і поглинання в речовині. Оптичні явища, в яких проявляється хвильова природа світла (наприклад, дифракція світла, інтерференція світла, поляризація світла), вивчає розділ хвильова оптика. Теоретичною основою хвильової оптики є класична електродинаміка, яка оптичні властивості середовища, характеризує макроскопічними константами (діелектричною проникністю ε, магнітною проникністю μ), що наявні у рівнянні Максвела як коефіцієнти. Ці константи однозначно визначають показник заломлення n середовища:

Класична електронна теорія досить добре змальовує явища відбивання й заломлення світла, а також особливості його поширення в ізотропних та анізотропних кристалах, в оптично активних та електропровідних середовищах. У рамках цієї теорії розвинулись такі підрозділи фізичної оптики як кристалооптика, металооптика та молекулярна оптика.

Оптичні явища (зокрема, поглинання і випромінювання світла, фотоефект, фотохімічне перетворення молекул), в яких проявляється квантова природа світла, вивчає квантова оптика, теоретичною основою якої є квантова механіка і квантова електродинаміка.

Важливим розділом фізичної оптики є вчення про спектри випромінювання, поглинання та комбінаційного розсіяння світла - спектроскопія. Оптичні характеристики речовини не залежать від інтенсивності світла, лише за малої інтенсивності світлових пучків. Оптика слабких світлових пучків називається лінійною. Оптичні явища (зокрема, самофокусування, розфокусування пучків світла, помноження частоти світлових коливань, прояснення середовища), які проявляються за дуже великої густини світлової енергії, наприклад під дією випромінювання лазерів, розглядає нелінійна оптика.