光學是物理學發展得最早的一門學科。我國古代人們對光現象的研究，曾取得很豐碩，的成果。在《墨經》、《淮南子》和《夢溪筆談》等著作中，就有關於光的直線前進，小孔成像、平麵鏡與球麵鏡成像等記載。在17世紀，有關光的本性形成兩派不同的學說—派是牛頓主張的微粒說，認為光是從發光體發出的以一定速度向空間傳播的一種微粒，微粒的大小不同，形成不同顏色的光；另一派是惠更斯所提出的波動說，認為光是在媒質.中傳播的一種波。，在當時―微粒說較易為人們所接受。直到19世紀初期，發現了光有幹涉、衍射、偏振等現象後，因為這些現象都是波動的特征，與微粒說是不相容的，於是人們開始接受光是波動的觀點。19世紀70年代，麥克斯韋提出了光的電磁波學說，用以代替機械波理論。19世紀末葉，為解釋一係列新發現的現象，如光電效應等，又必須假設光是具有一定質量、能量、動量的粒子所組所的粒子流。這種粒子，愛因斯坦稱它為光子。現在人們已認識到光具有微粒和波動兩重性。
第一節光的幹涉
―、相幹光源
在討論機械波時我們已經指出，兩列波相遇發生幹涉的條件必須是，振動頻率相同、振動方向相同、相同或位相差恒定。對於光波，即使兩個發光體或光源的強度、形狀、大小等完全相同，相幹條件卻不一定能滿足，這是由於光源發光本質的複雜性所決定的。光的輻射是由於物體中大量原子與分子的能量狀態發生變化而產生的。它們所發出的光由一段波列組成，這些波列是振動方向一定的、振幅不變或緩慢變化的餘弦波。每個分子與原子的發光時間極短（約即它們的發光是間歇的。另外，各個分子或原子的激發與輻射參差不齊，從微觀上說，一列列光波的發射都是偶然的，彼此之間無任何聯係。因此，在同一時刻，各個分子或原子所發出的光波頻率、振動方向和位相都各不相同。所以，來自兩個獨立光源的光波不能滿足相幹條件，即使利用同一光源上兩個不同部分，也不可能得到相幹的光波。
為了觀察光的幹涉現象，可以將同一光源發出的光分成兩束，當這兩束光在空間經過不同路徑而重聚時，就能實現光的幹涉。雖然這個光源的振動方向和位相時有變化，但是從這個光源所分出的兩束光同時作相應的變化，因此，在重聚點處，這兩束-光的位相差仍保持恒定不變，從而滿足相幹波的條件。這種來自同一光源的兩束相幹光，相當於來自兩個位相相同或位相差恒定的光源，因此它們是一對相幹光源。
二、光的幹涉
1802年，托馬斯，楊第一次成功地進行了光的幹涉實驗。是楊氏實驗裝置的示意圖，在單色平行光前放狹縫，在其前麵為一不透明的遮光板，板上開有兩條與平行且等距的狹縫。由惠更斯原理可知，可以看作是兩個新的光源。由於都來自同一光源，所以其頻率相同，並有相同的位相，因而符合幹涉的條件。這樣，就在屏幕上形成一係列穩定的明暗相間的條紋，這種條紋叫做幹涉條紋，這些條紋都與狹縫平行，條紋間的距離彼此相等，強度相同。
三、薄膜幹涉
前麵討論光的幹涉現象時，兩相幹光束始終在同一媒質（即空氣）中傳播，兩光束疊加時，它們的位相差僅決定於兩相幹光束的幾何路程差。由於在薄膜上發生幹涉的兩束光不限於在同媒質中傳播，所以在討論薄膜幹涉現象前。
1.光程
任意單色光在不同媒質中傳播時，它的頻率“將是恒定不變的。如果光在真空中的速度為~其波長為4，那麼，在折射率為”的媒質中，我們把光波在某媒質中所經曆的幾何路程與該媒質的折射率“的乘積”叫做光程。光在媒質中的路程相當於在真空中的路程。因此，采用光程這一概念，相當於把光在不同媒質中的傳播都折算為光在真空中的傳播。
2.薄膜幹涉
光波在進人透明的薄膜時，在膜的前後兩個表麵上都會產生反射，因為這兩條反射光線來自同一光源，所以是相幹的。當它們會聚後將產生幹涉現象，這種幹涉稱之為薄膜幹涉。例如，陽光下肥皂膜的彩色條紋，以及水麵上油膜的彩色花紋都是薄膜幹涉條紋。
在現代光學儀器（如照相機）中，人們常利用薄膜幹涉來降低透鏡等玻璃表麵的反射。它是在透鏡表麵上鍍一層厚度均勻的透明薄膜，隻要膜的厚度合適就可以使某種顏色的光在透明薄膜的兩上表麵上反射，相互幹涉而抵消掉，這種顏色的光就完全不發生反射而透過透明薄膜，隻有部分光發生反射，這就是某些照相機的鏡頭看上去呈青紫色的原因。這不僅大大減少了反射光的強度，而且還增加了透射光的強度，可避免雜亂的反射光所造成的像的不清晰。
第二節光的衍射
光波繞過障礙物傳播的現象叫做光的衍射。當光線通過狹縫或小孔時，都會觀察到明顯的衍射現象。下麵對這兩種情況下所產生的衍射分別加以討論。
一、單縫衍射