光学是研究光与视觉的一门学科。人生伊始即感受光、依赖光、利用光，也正是光的刺激使人产生视觉，可以说没有光就没有人类的活动。数百年来，人们一直在不断探讨、不断深化对光的认识，从微粒说发展到波动说、电磁说、量子说，历经长时期的辨证认知过程。



1．光的微粒说
光的微粒说认为光是光源发出的一种物质微粒，在介质中以一定速度向各个方向直线传播。牛顿曾证实光的直线传播、反射折射定律，并支持光能为一连串微粒子的说法，但微粒说却无法圆满解释光的折射及以后发现的光的衍射、干涉等现象。

2．光的波动说
17世纪，荷兰物理学家惠更斯(Huygens)首先提出光的波动说，认为光是一种波动，由光源发射后，向外推进，形成一连续的波面，称为波阵面(wave front)。其传播方式极似水面上丢下石块所形成的水波。波阵面上各点都可视为发射次波的新波源，即引起介质振动的波源。光的波动说可以解释光的干涉、衍射、偏振等现象，在19世纪得到普遍承认。



3．光的电磁说
19世纪后期，麦克斯威(Maxwell)提出一种新的波动说，认为光是由交流电磁波构成，诸如无线电波、紫外线、X射线等均是与光波性质相同的电磁波，只是波长与光波不同而已。光的电磁说将光的波动说与电和磁结合为一体，于是光的反射与折射、干涉与衍射、偏振等现象全部得到圆满的解释。
图3-1列出的电磁波谱中，能对人眼视觉神经产生光亮感觉的电磁波的波长范围为380~760 nm，这段波长范围叫做可见光谱，仅占全部波谱的极小部分，是具有特殊性质的电磁波。

人眼对不同波长的可见光产生不同的颜色感觉。单一波长且具有特定颜色的光被称为“单色光”；由几种单色光混合后产生的光被称为“复色光”。白光是一种复色光，可以由三棱镜对白光的色散加以证实。不同波长的电磁波在真空中的传播速度是相同的，其值为：
C=3.0×108 m/s
而电磁波在空气中的传播速度要比上述值低万分之三，两者相差甚微，故一般情况下，可用真空中的光速作为空气中的光速。
光波在不同介质中的传播速度不同。在真空中的光速与在某介质中的光速之比，称为该介质的折射率。


4．光的量子说
20世纪初，普朗克(Planck)和爱因斯坦提出了光的量子说。普朗克首先发现能量的发射与吸收不是连续的，而是以确定的极小单位量子(quantum)间断性地进行。
光量子也称光子。爱因斯坦则将此扩展到光学方面即形成光的量子说。量子说认为发光过程并不是连续的波动过程，而是不连续的光子辐射，每个光子都具有一定的能量，光子在空间运动时，其能量仍保持密集于一处。
该辐射的能量与光波频率有关，一般来说，频率越高、波长越短、能量越大的光子其粒子性越显著，而波长越长、能量越小的光子其波动性越显著。量子说把光的波动性和微粒性这两种性质联系起来，换言之，即光具有微粒和波动的双重性质，这是光子本性在不同条件下的表现，被称为“光的波粒二象性”。这些均可在一定实验条件下得以验证，而由于实验条件的不同，光子可表现出粒子性，或表现出波动性。