Die Optik (von griech. optikos „das Sehen betreffend“) ist die Lehre vom Licht, also von denjenigen elektromagnetischen Wellen, die mit dem menschlichen Auge wahrgenommen werden können. Über das sichtbare Licht hinaus (Wellenlänge 380–780 nm) sind auch die angrenzenden Wellenlängenbereiche im infraroten und im ultravioletten Spektralbereich Gegenstand der Optik.
Die physikalische Optik wird unterteilt in die Strahlenoptik, die Wellenoptik und die Quantenoptik. In diesen Bereichen geht man von jeweils unterschiedlichen Lichttheorien aus. Kein direkter Bestandteil der Physik ist die Wahrnehmung von Farben, da diese stark von biologisch-neurologischen Prozessen beeinflusst wird.
- Die Strahlenoptik (geometrische Optik) geht davon aus, dass sich das Licht geradlinig ausbreitet, dass also die Lichtstrahlen sich durch geometrische Strahlen bzw. Geraden darstellen lassen und dass ihr Verlauf geometrischen Gesetzen gehorcht. Grundlage der Strahlenoptik sind das Snellius’sche Brechungsgesetz und das sog. Fermat’sche Prinzip, nach dem das Licht immer den Weg wählt, der am wenigsten Zeit braucht (und nicht unbedingt den kürzesten).
Mithilfe der Strahlenoptik kann man die Reflexion und Brechung bei der Lichtausbreitung untersuchen und deuten, z. B. die Strahlengänge durch Linsen und Prismen, die in optischen Geräten wie Lupe, Fernrohr, Mikroskop, Fotoapparat eingesetzt werden. - Die Wellenoptik kann mit der Vorstellung vom Licht als einer Wellenerscheinung die Phänomene Beugung, Interferenz und Polarisation erklären. Ihre Grundlagen sind das Huygens’sche Prinzip und die elektrommagnetischen Maxwell-Gleichungen, mit denen die Optik zu einem Teil der Elektrodynamik wird.
- In der Quantenoptik schließlich wird das Licht als Strom von Wellenpaketen (Photonen oder Lichtquanten) gedeutet. So lässt sich die Wechselwirkung von Licht und Materie beschreiben.
Da man in der Quantenphysik auch Teilchen Wellencharakter zuschreiben muss (Materiewellen), lassen sich auch Teilchenstrahlen nach wellenoptischen Gesetzen behandeln. Man spricht dann von Teilchenoptik, insbesondere von Elektronenoptik.