광학(光學, optics)은 빛의 특성을 연구하는 물리학(物理學, physics)의 한 분야이다. 빛은 그 파장에 따라 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, x-선, 감마선 등으로 분류된다. 또한 빛을 이용하는 분야에 따라 기하광학(幾何光學, geometrical optics), 분광학(分光學, spectroscopy), 양자광학(量子光學, quantum optics), 비선형 광학(非線形光學, nonlinear optics)으로 나뉜다. 기하광학은 렌즈와 거울 등의 형상에 따라 빛의 반사와 굴절을 연구하는 학문으로 렌즈 설계 등에 응용된다.

분광학은 빛과 물질의 상호 작용을 연구하는 분야로써 빛을 물질에 쪼여 일어나는 산란을 통해 물질의 성질을 연구한다. 양자광학은 빛의 양자적 특성을 이용해 빛의 흡수와 방출을 양자전기역학(量子電氣力學, quantum electrodynamics)으로 분석하는 학문이다. 비선형 광학은 분광학의 일종이긴 하지만 레이저와 물질의 상호 작용에서 나타나는 비선형성을 이용한다는 점에서 분광학과 다르다. 여기에서 비선형성이라고 하는 것은 입사된 빔의 전기장에 굴절률 등에 선형적으로 반응하지 않고 주파수가 2배, 3배 고조파가 형성되는 것을 말한다. 이러한 비선형 광학의 특성을 이용하여 물질의 다양한 특성을 파악할 수 있다.

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