Een begrip van zowel geometrische als fysische optica stelt ons in staat om fenomenen te bestuderen die voortvloeien uit zowel deeltjes- als golfaspecten van licht.
Eigenschappen van licht

Licht reist door de ruimte als elektromagnetische golven en
als deeltjes. Als resultaat van deze dualiteit van deeltjesgolven
, wanneer fysici met optica werken (de studie van licht), moeten ze de verspreiding van licht op een van twee manieren bedenken, afhankelijk van de toepassing. >

Als u denkt aan kenmerken van licht als interferentie, polarisatie of kleur, is het beschrijven van licht als transversale golffronten de beste keuze. Maar bij het bouwen van een telescoop of corrigerende lens en het bepalen hoe licht reflecteert, breekt en doorlaat, is de beste optie om licht te beschouwen als een straal deeltjes die in rechte lijnen bewegen, stralen genoemd.
Wave Optics en de Wave Theory of Light

De studie van fysische optica gebruikt de golfkarakter van licht om fenomenen te begrijpen als interferentiepatronen veroorzaakt door lichtgolven die door diffractieroosters en spectroscopie passeren. Fysieke optica begon als een veld in de jaren 1800 na verschillende belangrijke ontdekkingen, waaronder het bestaan van licht buiten het zichtbare spectrum door Sir Frederick William Herschel.

In fysieke optica wordt licht voorgesteld als een transversale golffront, zoals de sinusvormige of "S-curve" die ook een golf beschrijft die door het water reist met toppen en dalen (hoge en lage punten). Met dit model volgen lichtgolven dezelfde regels als andere dwarsgolven - hun frequenties en golflengten zijn omgekeerd evenredig vanwege de golfsnelheidvergelijking en de golffronten interfereren met elkaar waar ze elkaar kruisen.

Bijvoorbeeld twee toppen (hoge punten) of twee troggen (lage punten) die overlappen interfereren constructief
, waardoor de algehele top respectievelijk hoger wordt. Waar de golffronten uit fase samenkomen - een kam en een dal samen - interfereren ze destructief
, waarbij ze elkaar geheel of gedeeltelijk opheffen.

Licht denken als een golf is ook belangrijk om de verschillen tussen soorten licht in het elektromagnetische spectrum te begrijpen, zoals het verschil tussen radio, zichtbaar en röntgenstralen, omdat die typen worden geclassificeerd op basis van hun golfeigenschappen. Dit betekent ook dat het behandelen van licht als een golf belangrijk is in de fysieke optica van kleur, omdat dat een subset is van het zichtbare gedeelte van het spectrum.
Geometrische optica en Ray Tracing

In geometrische optica gebruiken fysici de deeltjeskarakter van licht om zijn pad in rechte lijnen weer te geven, ook wel stralen genoemd. Geometrische optica wordt al veel langer gebruikt dan fysieke optica, omdat mensen hadden geleerd apparaten te ontwerpen die licht buigen en focussen voor doeleinden zoals het maken van telescopen en corrigerende lenzen ruim voordat ze wisten wat licht was. Tegen 1600 was het slijpen van lenzen met het doel om menselijk zicht te helpen.

Lichtstralen worden getekend als een rechte lijn die uit een lichtbron komt en de richting aangeeft waarin het licht zich verplaatst. Een straaldiagram wordt gebruikt om de paden van verschillende representatieve lichtstralen te laten zien terwijl ze reflecteren, breken en door verschillende materialen heen gaan om metingen zoals brandpuntsafstand en de grootte en oriëntatie van het resulterende beeld te bepalen.

Door door de lichtstralen te volgen, kunnen fysici optische systemen, waaronder beeldvorming in dunne lenzen en vlakke spiegels, optische vezels en andere optische instrumenten, beter begrijpen. Gezien zijn lange geschiedenis als een veld, heeft geometrische optica geleid tot verschillende bekende wetten over hoe licht stuitert en buigt, misschien wel de meest beroemde de brekingswet (de wet van Snell) en de wet van reflectie.