Разумевање геометријске и физичке оптике омогућава нам да проучавамо појаве које проистичу и из честица и из таласних аспеката светлости.
Својства светлости
Светлост путује кроз свемир као електромагнетни таласи и као честице. Као резултат тога дуалност честица-талас, када физичари раде са оптиком (проучавање светлости), морају да размишљају о ширењу светлости на један од два начина, у зависности од примене.
Када размишљамо о таквим карактеристикама светлости као што су интерференција, поларизација или боја, описивање светлости као попречних таласних фронта је прави пут. Али приликом израде телескопа или корективног сочива и одређивања како ће се светлост рефлектовати, ломити и преносе, најбоља опција је да светлост замислимо као сноп честица које се крећу у правим линијама зраке.
Таласна оптика и таласна теорија светлости
Проучавање физичке оптике користи таласну природу светлости за разумевање таквих појава као што су интерференцијски обрасци изазвани светлосним таласима који пролазе кроз дифракционе решетке и спектроскопију. Физичка оптика је полетела као поље 1800-их година након неколико кључних открића, укључујући постојање светлости изван видљивог спектра, Сир Фредерицк Виллиам Херсцхел.
У физичкој оптици светлост је представљена као попречни таласни фронт, попут синусног или „С-крива“ која такође описује талас који путује кроз воду с гребенима и коритима (високим и ниске тачке). Са овим моделом, светлосни таласи следе иста правила као и остали попречни таласи - њихове су фреквенције и таласне дужине обрнуто пропорционалне због једначине брзине таласа, а предњи таласи се међусобно ометају тамо где се налазе пресецати.
На пример, ометају се два гребена (високе тачке) или два удубљења (ниске тачке) конструктивно, чинећи укупни гребен вишим, односно укупни корит нижим. Тамо где се таласне фронте састају ван фазе - заједно с гребеном и коритом - ометају се деструктивно, или се у потпуности или делимично поништавају.
Размишљање о светлости као таласу такође је кључно за разумевање разлика између врста светлости у електромагнетном спектра, као што је разлика између радио, видљивог и рендгенског зрака, јер су те врсте класификоване према таласу својства. То такође значи да је третирање светлости као таласа важно у физичкој оптици боје, јер је то подскуп видљивог дела спектра.
Геометријска оптика и трагање зрака
У геометријској оптици, физичари користе честицку природу светлости да прикажу њен пут у правим линијама познатим као зраци. Геометријска оптика користи се много дуже од физичке оптике, јер су људи научили како то дизајнирати савијати и фокусирати светлост у сврхе као што је прављење телескопа и корективних сочива и пре него што су схватили која светлост био. До 1600. млевење сочива у сврху помагања људском виду било је уобичајено.
Светлосни зраци су нацртани као равне линије које произлазе из извора светлости и указују на смер у коме светлост путује. Дијаграм зрака користи се за приказ путања неколико репрезентативних светлосних зрака док се они рефлектују, преламају и преносе различитих материјала како би се утврдила таква мерења као жижна даљина и величина и оријентација резултујућег слика.
Пратећи путање зрака светлости, физичари могу боље разумети оптичке системе, укључујући формирање слике у танким сочивима и равним огледалима, оптичким влакнима и другим оптичким инструментима. С обзиром на своју дугу историју као поље, геометријска оптика довела је до неколико добро познатих закона о томе како светлост одбија се и савија, можда најпознатији закон рефракције (Снелл-ов закон) и закон рефлексије.