Une compréhension de l'optique géométrique et physique nous permet d'étudier les phénomènes résultant à la fois des aspects des particules et des ondes de la lumière.
Propriétés de la lumière

La lumière se propage dans l'espace sous forme d'ondes électromagnétiques et
sous forme de particules. Du fait de cette dualité particules-ondes
, lorsque les physiciens travaillent avec l'optique (l'étude de la lumière), ils doivent penser à la propagation de la lumière de deux manières, selon l'application.

Lorsque l'on pense à des caractéristiques de la lumière telles que les interférences, la polarisation ou la couleur, il est préférable de décrire la lumière comme des fronts d'onde transversaux. Mais lorsque vous construisez un télescope ou une lentille correctrice et que vous déterminez comment la lumière se réfléchira, se réfractera et se transmettra, la meilleure option est de considérer la lumière comme un faisceau de particules se déplaçant en lignes droites appelées rayons.
Optique des vagues et théorie des ondes de la lumière

L'étude de l'optique physique utilise la nature ondulatoire de la lumière pour comprendre des phénomènes tels que les modèles d'interférence provoqués par les ondes lumineuses traversant les réseaux de diffraction et la spectroscopie. L'optique physique a décollé comme un champ dans les années 1800 après plusieurs découvertes clés, y compris l'existence de lumière en dehors du spectre visible par Sir Frederick William Herschel.

En optique physique, la lumière est représentée comme un front d'onde transversal, comme " qui décrit également une vague se déplaçant dans l'eau avec des crêtes et des creux (points hauts et bas). Avec ce modèle, les ondes lumineuses suivent les mêmes règles que les autres ondes transversales - leurs fréquences et longueurs d'onde sont inversement proportionnelles en raison de l'équation de la vitesse des vagues, et les fronts d'onde interfèrent les uns avec les autres lorsqu'ils se croisent.

Par exemple, deux crêtes (points hauts) ou deux creux (points bas) qui se chevauchent interfèrent de manière constructive
, ce qui rend la crête globale plus haute ou la cuvette globale plus basse, respectivement. Là où les fronts d'ondes se rencontrent déphasés - une crête et un creux ensemble - ils interfèrent de manière destructrice
, s'annulant totalement ou partiellement.

Penser la lumière comme une onde est également la clé pour comprendre les différences entre les types de lumière dans le spectre électromagnétique, telles que la différence entre la radio, le visible et les rayons X, car ces types sont classés en fonction de leurs propriétés d'onde. Cela signifie également que le traitement de la lumière comme une onde est important dans l'optique physique de la couleur, car il s'agit d'un sous-ensemble de la partie visible du spectre.
Optique géométrique et traçage des rayons

En optique géométrique, les physiciens utilisent la nature des particules de la lumière pour représenter son chemin en lignes droites appelées rayons. L'optique géométrique est utilisée depuis bien plus longtemps que l'optique physique, car les gens avaient appris à concevoir des appareils qui courbent et focalisent la lumière à des fins telles que la fabrication de télescopes et de verres correcteurs bien avant de comprendre ce qu'est la lumière. En 1600, le meulage des lentilles dans le but d'aider la vision humaine était monnaie courante.

Les rayons lumineux sont tracés sous forme de lignes droites émanant d'une source de lumière et indiquant la direction dans laquelle la lumière se déplace. Un diagramme de rayons est utilisé pour montrer les chemins de plusieurs rayons lumineux représentatifs lorsqu'ils réfléchissent, réfractent et transmettent à travers différents matériaux afin de déterminer des mesures telles que la distance focale et la taille et l'orientation de l'image résultante.

Par traçant les chemins des rayons de lumière, les physiciens peuvent mieux comprendre les systèmes optiques, y compris la formation d'images dans des lentilles minces et des miroirs plans, des fibres optiques et d'autres instruments optiques. Compte tenu de sa longue histoire en tant que champ, l'optique géométrique a conduit à plusieurs lois bien connues sur la façon dont la lumière rebondit et se plie, peut-être surtout la loi de la réfraction (loi de Snell) et la loi de la réflexion.