Toute classification des domaines de l'optique est en partie arbitraire et comporte de nombreux recouvrements. L'optique géométrique s'appuie essentiellement sur la notion de rayons lumineux susceptibles de fournir des images qu'on observe à l'aide de lunettes ou de microscopes, qu'on enregistre par photographie ou qu'on forme sur d'autres récepteurs physiques pour recevoir des signaux ou effectuer des mesures.
L'optique énergétique tient compte des puissances transportées par le rayonnement, de leur répartition spatiale et de leur action sur divers récepteurs ; l'optique physiologique traite de la formation des images dans l'œil et de leur perception ; les phénomènes où interviennent la nature vibratoire de la lumière et sa propagation par ondes se rattachent à l' optique ondulatoire : interférences, diffraction, polarisation. La forme la plus générale de l'optique ondulatoire est l'optique électromagnétique, qui exprime le champ électromagnétique de l'onde lumineuse à l'aide des équations de Maxwell. L'étude des longueurs d'onde et de la répartition spectrale des radiations composant une lumière ainsi que celle de leurs relations avec la nature et l'état physique des sources qui les émettent et des milieux qui les transmettent constituent la spectroscopie, qu'on tend aujourd'hui, en raison de son importance, à considérer comme une science distincte. La spectroscopie est étroitement liée à l'optique quantique, qui envisage l'aspect corpusculaire de la lumière, dans ses échanges d'énergie avec la matière (cf. lumière).
La conception et la construction des instruments d'optique font appel à des calculs sur les « marches de rayons » et sur l'influence de la diffraction, à des connaissances sur les matériaux optiques, à des mesures sur les défauts résiduels des images, sur les lumières parasites, etc. Selon son application, l'optique instrumentale (on parle souvent de l'« optique » d'un instrument, par opposition à sa partie mécanique) est dite astronomique, microscopique, photographique, spectroscopique, métrol […]
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