光学
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光學（Optics），是物理學的一個分支。它解釋了光的現象及特性。
光學這個領域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，所以類似現象如X光、微波、電磁輻射及無線電波也可能產生此特性。所以光學被認為是電磁學的附屬領域。 一些光学现象及行为的产生是与光的量子特性所关联的，而这些特性包含在光学及量子力学范畴。在实践中，大部分的光学现象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，工艺技术，焦点以及专业关联方面都有很大不同。 在光学工程中比较新的发现通常被归类为光子学或者光電工程. 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。
因为光的科学在实际中的广泛的应用，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。
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[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。
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。 Gaussian beam propagation thus bridges the gap between geometric and physical optics.
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
- Coherence
- 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
- 梯度折射率光学Gradient index optics
- 干涉测量(法)Interferometry
- 光学透镜设计Optical lens design
- 光学分辨率Optical resolution
- 偏振
- 光线Ray (optics)
- 光線跟蹤
- 反射
- 折射
- 散射
- 波
- 几何光学Geometric optics of:
- Lenses
- 反射镜Mirrors
- 光学仪器instruments
- Prisms
[编辑] 現代光學
Modern optics encompasses the areas of optical science and engineering that became popular in the 20th century. These areas of optical science typically relate to the electromagnetic or quantum properties of light but do include other topics.
[编辑] 現代光學的相關領域
- Adaptive optics
- Circular dichroism
- Crystal optics
- Diffractive optics
- Fiber optics
- Guided wave optics
- Holography
- Integrated optics
- Jones calculus
- Lasers
- Micro-optics
- Non-imaging optics
- Nonlinear optics
- Optical modeling and simulation methods
- Optical pattern recognition
- Optical processors
- Optical Vortex
- Photometry
- Photonics
- Quantum optics
- Radiometry
- Statistical optics
- Stray light
- Thin-film optics
- X 射限光學
[编辑] 其他的光學領域
- Color science
- Illumination engineering
- Image processing
- Information theory
- Linear optics
- Machine vision
- Materials science - optical properties
- Optical communication
- Optical computers
- Optical data storage
- Optical display system
- Optical feedback
- Pattern recognition
- Photography (science of)
- Thermal physics — radiative heat transfer
- Visual system
[编辑] 日常生活的光學
Optics is part of everyday life. Rainbows and mirages are examples of optical phenomena. Many people benefit from eyeglasses or contact lenses, and optics are used in many consumer goods including cameras. Superimposition of periodic structures, for example transparent tissues with a grid structure, produces shapes known as moiré patterns. Superimposition of periodic transparent patterns comprising parallel opaque lines or curves produces line moiré patterns.
[编辑] 參見
Physics主題首頁
- History of optics
- List of optical topics
- Important publications in optics
- Transparency (optics)
- Optical illusion
- Optics is a book of Ptolemy
- Optician
- Anti-fog treatment of optical surfaces
[编辑] Societies
- Optical Society of America
- SPIE - The International Society for Optical Engineering
- European Optical Society
[编辑] Wikibooks modules
[编辑] References
- Hecht, Eugene（2001）．Optics (4th ed.)．Pearson Education．ISBN 0-8053-8566-5．
- Serway, Raymond A.; Jewett, John W.（2004）．Physics for Scientists and Engineers (6th ed.)．Brooks/Cole．ISBN 0-534-40842-7．
- Tipler, Paul（2004）．Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (5th ed.)．W. H. Freeman．ISBN 0-7167-0810-8．
[编辑] Textbooks and tutorials
- 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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