幾何光学と物理光学の両方を理解することで、光の粒子と波の両方の側面から生じる現象を研究することができます。
光の性質
光は電磁波として宇宙を伝わります そして 粒子として。 結果的に 粒子と波動の二重性、物理学者が光学（光の研究）を使用している場合、アプリケーションに応じて、2つの方法のいずれかで光の伝播を考える必要があります。
干渉、偏光、色などの光の特性について考えるときは、光を横波面として説明するのがよい方法です。 しかし、望遠鏡や矯正レンズを構築し、光がどのように反射、屈折、 送信する場合、最良のオプションは、光をと呼ばれる直線で移動する粒子のビームと考えることです。 光線。
波動光学と光の波動説
物理光学の研究では、光の波動性を利用して、回折格子や分光法を通過する光波によって引き起こされる干渉パターンなどの現象を理解します。 物理光学は、フレデリック・ウィリアム・ハーシェル卿による可視スペクトル外の光の存在を含むいくつかの重要な発見の後、1800年代に分野として普及しました。
物理光学では、光は正弦波や 波が山と谷（高と谷）で水の中を移動することも表す「Sカーブ」 低点）。 このモデルでは、光波は他の横波と同じ規則に従います–それらの周波数と波長は 波の速度方程式により反比例し、波面は互いに干渉します。 交差します。
たとえば、重なり合う2つの山（高い点）または2つの谷（低い点）が干渉します 建設的に、全体の山を高くするか、全体の谷を低くします。 波面が位相をずらして出会う場所-山と谷が一緒に-それらは干渉します 破壊的に、完全にまたは部分的に互いにキャンセルします。
光を波として考えることも、電磁気学における光の種類の違いを理解するための鍵です。 これらのタイプは波によって分類されるため、ラジオ、可視光線、X線の違いなどのスペクトル プロパティ。 これはまた、光を波として扱うことは、スペクトルの可視部分のサブセットであるため、色の物理光学において重要であることを意味します。
幾何光学とレイトレーシング
幾何光学では、物理学者は光の粒子の性質を使用して、光線と呼ばれる直線でその経路を表します。 幾何光学は物理光学よりもはるかに長い間使用されてきました。人々は次のようなデバイスを設計する方法を学んだからです。 望遠鏡や矯正レンズを作るなどの目的で、光がどのような光であるかを理解する前に、光を曲げて焦点を合わせます だった。 1600年までに、人間の視覚を助ける目的でレンズを研磨することは一般的でした。
光線は、光源から発せられ、光の進行方向を示す直線として描画されます。 光線図は、いくつかの代表的な光線が反射、屈折、透過するときの経路を示すために使用されます。 焦点距離や結果のサイズと向きなどの測定値を決定するためのさまざまな材料 画像。
物理学者は、光線の経路を追跡することにより、薄いレンズや平面ミラー、光ファイバー、その他の光学機器での画像形成などの光学システムをよりよく理解できます。 フィールドとしての長い歴史を考えると、幾何光学はどのように軽いかについていくつかのよく知られた法則を導きました おそらく最も有名なのは屈折の法則（スネルの法則）と反射の法則です。