De optica is de tak in de natuurkunde die vooral beschrijft hoe het licht zich gedraagt op macroscopische schaal. Deze wetenschap was vooral populair tot voor de ontdekking van de quantummechanica, die het licht en andere energierijke of -arme deeltjes op microscopisch niveau beschrijft.
De optica beschrijft meestal het gedrag van zichtbaar, infrarood en ultraviolet licht. Omdat licht echter een elektromagnetische golf is, zullen er zich analoge verschijnselen voordoen in het gebied van de X-stralen, microgolven, radiostraling en andere vormen van elektromagnetische straling. Optica kan dus eigenlijk als een specialisatie beschouwd worden van het elektromagnetisme. Sommige optische fenomenen hebben echter te maken met de quantum natuur van het licht en zijn dus alleen verklaarbaar met de quantummechanica. Gelukkig worden de meeste optische verschijnselen echter perfect beschreven door de elektromagnetische natuur van het licht, opgenomen in de wetten van Maxwell.
Optica als aparte tak binnen de natuurkunde wordt echter vaak apart bekeken dan de rest van de fysica. Het heeft zijn eigen identiteit, gemeenschappen en conferenties. Het pure wetenschaps gedeelte binnen de optica wordt vaak 'optical sciences' of 'optical physics' genoemd. Toegepaste optische wetenschappen staan dan weer bekend onder de noemer 'optical engineering'.
Doordat de optica zeer veel wordt toegepast in onze 'echte' wereld, lopen de vakgebieden van optical science en optical engineering nogal samen. De wetenschappelijke kant wordt voor veel ingenieurswetenschappen gebruikt (elektriciteit), maar ook in de fysica, de psychologie, de geneeskunde, en anderen.
Klassieke Optica
Voordat Planck suggereerde dat het licht uit quanta bestaat, bestond de optica eigenlijk vooral uit de toepassing van het elektromagnetisme en haar voorspellingen voor het licht. In de klassieke optica kreeg men zo 2 takken: geometrische en fysische optica.
Geometrische optica beschrijft het licht in termen van 'stralen'. Die stralen worden vervormd op het raakvlak van twee ongelijke media, en worden verbogen in een medium waar de zgn verbuigingsindex (de waarde die de stof krijgt die aangeeft hoezeer een lichtstraal wordt verbogen) een functie is van de positie. De 'straal' in de geometrische optica is een abstract begrip, dat eigenlijk de golfbeweging van het licht voorsteld. Geometrische optica voorziet dan wel regels om deze stralen te beschrijven, maar toch is dit een sterke versimpeling van de werkelijkheid en biedt bijvoorbeeld geen verklaring voor optische effecten die op de golfbeweging van het licht steunen.
Fysische optica daarintegen probeert de voorplanting van complexe golfbewegingen te modelleren. Deze modellen zorgen voor vrij tot zeer correcte weergave van de werkelijkheid, toegepast bijvoorbeeld voor lasers. Deze theoriën hebben dus wel een zeer degelijke verklaring voor de eerder vermelde optische verschijnselen die vooral met golfmodellen verklaarbaar zijn.
