Волновая оптика

Волнова́я о́птика, раздел физической оптики, изучающий явления, связанные с волновой природой света. Волновой характер распространения света был установлен ещё Х. Гюйгенсом во 2-й половине 17 в. Существенное развитие волновая оптика получила в исследованиях Т. Юнга, О. Френеля, Д. Араго, когда были проведены опыты, позволившие не только наблюдать, но и объяснить интерференцию, дифракцию и поляризацию света, что не могла объяснить геометрическая оптика. Волновая оптика рассматривает распространение световых волн в различных средах, отражение и преломление света на границах сред (см. статью Формулы Френеля), дисперсию и рассеяние света в веществе и др. Световые волны, представляющие собой колебания электромагнитного поля, описываются общими уравнениями классической электродинамики (см. статью Уравнения Максвелла). Эти уравнения дополняются уравнениями квантовой механики, связывающими величины диэлектрической и магнитной проницаемости с молекулярным строением и свойствами вещества. Такой подход позволяет изучать волновые оптические явления в различных средах (см. статьи Кристаллооптика, Магнитооптика, Молекулярная оптика). Особенности распространения световых волн в движущихся средах (см. статью Электродинамика движущихся сред), а также в сильных гравитационных полях объясняются в специальной и общей теориях относительности. Волновая оптика, использующая классическое описание светового поля, не в состоянии дать последовательного объяснения процессов испускания и поглощения света, которое требует введения представлений о квантах света – фотонах (см. статьи Квантовая оптика, Корпускулярно-волновой дуализм). Ряд задач волновой оптики решается и при более простом описании светового поля с помощью волнового уравнения.

Волновая оптика устанавливает границы применимости геометрической оптики, даёт математическое обоснование используемых в ней соотношений (уравнение эйконала, принцип Ферма и др.). В промежуточной области, когда длина волны света значительно меньше геометрических размеров оптической системы, но вместе с тем дифракционные искажения пучков являются существенными, применяются методы квазиоптики.

Волновые явления в нелинейных средах рассматриваются в нелинейной оптике. Распространение световых волн в случайно-неоднородных средах, в том числе в атмосфере, исследуется методами статистической оптики. Современная волновая оптика изучает формирование когерентных световых пучков в оптических резонаторах лазеров и преобразование пучков методами голографии, фурье-оптики и адаптивной оптики. Быстро развивающимися направлениями являются также исследования нелинейных оптических явлений в волоконных световодах (см. статью Волоконная оптика) и в планарных (плёночных) оптических системах (см. статью Интегральная оптика).