光学
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光學（英语：Optics），是物理學的一個分支，主要解釋了光的現象、特性及其应用。
光學所討論的範圍，包括紅外線、紫外線及可見光。但因為光具有電磁波的特性，類似現象如X光、微波、電磁輻射及無線電波也有此特性，所以光學被認為是電磁學的附屬。
一些光学现象是与光的量子特性有关係的，而这些特性，包含在光学及量子力学范畴。在实践中，大部分光学现象，都可以用光的电磁特征来描述，例如麦克斯韦方程组。
光学领域有它自己的分类特征，协会以及学术会议。光的纯科学领域，通常被称为光学或光学物理。应用光学通常被称为光学工程。光学工程中涉及到照明系统的部分，被特别称为照明工程。每一个分支在应用、技术、焦点以及专业关联上，都有很大不同。在光学工程中，比较新的发现，通常被归类为光子学。而区分这些定义的界限并不明显，经常因在世界的不同地区，以及工业的不同领域而异。
因为光学在实际中被广泛应用，光科学和工程光学，在领域上，有很大程度的互相交叉。光学也与电子工程、物理学、心理学、医学（尤其是眼科学与验光术）等许多学科密切相关。此外，物理学可以非常完整描述地光学现象，但对大部分问题显得过于繁复，因此在光学领域中引入了一些特定的简化模型。这些模型可以很好地描述光学现象，而无需考虑那些不相关及（或）无法观测到的现象。
目录 |
[编辑] 经典光學
在 量子光學 的重要性被揭示之前，光学的基本理论主要是经典电磁场理论以及它在光学领域的 高频近似。经典光学可以分成两个主要分支： 几何光学与 物理光学。
[编辑] 几何光学
几何光学，又称 射线光学，描述了 光的 波动传播。在几何光学中，光被称作是 "射线" （光线）。 光线会在两种不同介质的界面 改变传播方向， 并有可能在折射率随位置变化的介质中发生曲线弯折的现象。几何光学中的“光线”是抽象的物体，它的前进方向垂直于光波的波前。几何光学给出了光线通过光学系统的传播规律，以此可以预测其实际波前的位置。需要注意的是，几何光学简化了光学理论，因此它无法解释很多重要的光学效应， 例如：繞射、偏振。
通过近轴近似, 或者"小角近似"可以对几何光学做进一步简化，并对应于数学描述上的线性化。在近轴近似条件下，光学元件和系统可以通过简单的矩阵来表示。基于此，发展了 高斯光学 以及 近轴光线跟踪， 以用于确定光学系统的一阶特性，例如近似成像、物方位置以及放大倍率等。高斯光束传播 是近轴光学的扩展，它可以更为精确地描述相干传播（如激光光束）。即使仍然使用近轴近似，这一技术可以部分描述衍射，能够精确计算激光束随距离传播的速率以及其最小的汇聚尺寸。高斯光束传播理论因此可以沟通几何光学与物理光学。
[编辑] 物理光学
物理光学，或称波动光学，建立在 惠更斯原理之上，可以建立复波前（包括振幅与相位 ）通过光学系统的模型。这一技术能够利用计算机数值仿真模拟或计算衍射、干涉、偏振特性、像差 等各种复杂光学现象。由于仍然有所近似，因此物理光学不能像电磁波理论模型那样能够全面描述光传播。对于大多数实际问题来说，完整电磁波理论模型计算量太大，在现在的一般计算机硬件条件下并不十分实用，但小尺度的问题可以使用完整波动模型进行计算。
[编辑] 经典物理的相關領域
- 像差
- 干涉
- 繞射
- 光色散
- 光学畸变（Distortion）
- 光学构件的制作和检测（Fabrication and testing, optical components）
- 费马原理（Fermat's principle）
- 傅立叶光学（Fourier optics）
- 梯度折射率光學（Gradient index optics）
- 干涉测量（Interferometry）
- 光学透镜设计（Optical lens design）
- 光学分辨率（Optical resolution）
- 偏振
- 光线（Ray）
- 光線跟蹤
- 反射
- 折射
- 散射
- 波
[编辑] 近代光學
- 光譜學（spectroscopy）
- 氫原子光譜
- X-ray diffraction（X-光繞射儀）
- 光子（photon）
- 物質波（matter wave）
- 能量量子化（Energy is quantized）
[编辑] 近代光學的相關領域
- 自适应光学
- 圆二色性
- 晶体光学
- 衍射光学
- 光纤光学
- 导波光学
- 全息术
- 集成光学
- 琼斯算法
- 激光
- 微光学
- 非成像光学
- 非线性光学
- 光学建模与仿真方法
- 光学模式识别
- 光学处理
- 光学涡旋
- 光度学
- 光电子
- 量子光学
- 辐射度学
- 统计光学
- 散射光学
- 薄膜光学
- X 射线光學
[编辑] 其他的光學領域
[编辑] 光學的應用
[编辑] 生活的光學
[编辑] 參考資料
- Hecht, Eugene. Optics (4th ed.). Pearson Education. 2001. ISBN 0-8053-8566-5.
- Serway, Raymond A.; Jewett, John W.. Physics for Scientists and Engineers (6th ed.). Brooks/Cole. 2004. ISBN 0-534-40842-7.
- Tipler, Paul. Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (5th ed.). W. H. Freeman. 2004. ISBN 0-7167-0810-8.
[编辑] 教科書
- Optics — an open-source Optics textbook
- Optics2001 — Optics library and community
[编辑] Societies
- OSA — Optical Society of America
- SPIE
- EOS — European Optical Society
- Northwest Photonics Association — UK
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