定义
基于波模型的光学现象描述。
科学地描述光和光学现象的早期尝试是基于微粒理论（由勒内·笛卡尔，艾萨克·牛顿和其他人开发），假设光由小粒子组成，至少在自由空间中以速度沿着直线传播。 这适用于几何光学，其中光由几何射线表示。 从 17千一个世纪过去了，像罗伯特·胡克（Robert Hooke）和克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）这样的科学家更密切地跟踪了光的波动性质的证据，这最终导致了光的波动理论（波光学），该理论由惠更斯（Huygens）在数学上制定（于1690年出版，见参考文献[1]），后来由土木工程师奥古斯丁-让·菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel）更详细地研究。 波动光学并没有立即被接受为描述光本质的合适模型;仅在 19 年初千世纪，它在科学界得到了广泛的接受，特别是在多米尼克-弗朗索瓦-让·阿拉戈观察到所谓的阿拉戈斑点之后，奥古斯丁-让·菲涅耳做出了重要贡献。 基于波动理论，人们现在可以很好地描述以下重要的光学现象：
- 光衍射的影响，例如在窄光学狭缝处（后来进行了更详细的研究，例如托马斯·杨）
- 干扰现象
- 光的偏振（奥古斯丁-让·菲涅耳的开创性贡献）
在1860年代，光波被詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）等同于电磁波。 然而，在此之前，在波动光学方面已经可以进行许多富有成效的研究，即不了解光波的详细物理性质。
计算方法在波动光学中至关重要。为了提高计算效率，它们通常用于简化近似值。
波动光学的现代应用可以在数学上基于麦克斯韦方程组作为最基本的基础;人们可以直接从中推导出一个波动方程，这是一个时空的二阶微分方程。 对于单色光，人们得到亥姆霍兹方程。 在许多情况下，人们使用简化的方程，这些方程是近似的，但在某些有限的域中相当准确。 例如，对于主要在z方向上传播的场，人们经常可以忽略关于z坐标的二阶导数。 人们也经常使用近轴近似。 标量波模型忽略了电磁波的横向性质，也广泛用于光学，例如用于计算光纤模式。 对于某些应用，需要更复杂的模型来全面描述电磁波传播。
图1：可变输入光束位置的多模光纤末端的强度分布，显示为动画图形。这种计算需要基于波动光学;射线光学是不够的。该图像来自软件RP光纤电源的案例研究。
波动光学通常被理解为一种完全经典的方法，不考虑任何量子效应。量子光学与扩展理论一起工作，其中电磁场在新的基础上被处理。 光的波特性继续发挥核心作用，尽管某种粒子特征（→光子）也变得明显。
波动光学中一个非常重要的概念是傅里叶光学，它本质上意味着横向空间傅里叶变换的应用。 这既可以对各种现象和设计技术进行直观的定性解释，也可以进行定量计算。 这种计算只能部分地通过分析手段来完成。
通常，数值软件用于模拟基于某种波动方程的光传播。 虽然这种方法原则上可以相当通用，但在不使用各种限制性假设时，计算时间和内存要求可能会过多 - 例如，光基本上只在一个方向上传播。 就几何光学足以进行现实描述而言，这种方法通常比波动光学更受欢迎，因为它在计算上要求要低得多。
一个相关的术语是物理光学，它可以被解释为与波动光学相同，或者在应用某些近似值时在更狭义上解释。 该术语强调这种基于波的模型在物理上比几何光学更逼真，即使它们不是基于完整的麦克斯韦方程组。
参考文献
[1] C. Huygens, “Traité de la Lumière”, Leiden: Pieter van der Aa (1690), available at archive.org
