Оптика
Оптика изучает свет, его распространение и взаимодействие с веществом. Для разных задач используют лучевую, волновую и квантовую модели; отражение, преломление, интерференция и дифракция показывают, почему одной модели недостаточно.
Оптические приборы применяют эти принципы для формирования изображений и регистрации сигналов.
Геометрическая оптика
Геометрическая оптика приближённо описывает свет лучами и применяет законы отражения и преломления для построения изображения. Она удобна, когда волновые эффекты вроде дифракции можно не учитывать.
Параксиальное приближение упрощает расчёт лучей вблизи оптической оси; оно не описывает полностью аберрации реальной линзы. Более общая геометрическая модель может учитывать аберрации, если трассировать лучи через поверхности оптических элементов.
Волновая оптика
Волновая оптика описывает эффекты, в которых важны волновые свойства света: наложение волн, интерференция, дифракция и поляризация. Например, рисунок светлых и тёмных полос возникает из-за усиления или ослабления результирующего поля при сложении волн; дифракция становится заметной у отверстий и препятствий, сопоставимых с длиной волны.
Геометрическая оптика остаётся полезным приближением для крупных деталей, а волновая нужна, чтобы понять его пределы и разрешающую способность оптических приборов.
Квантовая оптика
Квантовая природа света: фотоны, фотоэффект. Взаимодействие света с веществом на квантовом уровне.