Optik Klasik

Sebelum optika kuantum menjadi penting, dasarnya terdiri dari aplikasi elektromagnetik klasik dan pendekatan frekuensi tinggi untuk cahaya. Optik klasik terbagi menjadi dua cabang utama: optika geometris dan optika fisis.

Optika geometris, atau optika sinar, menjelaskan propagasi cahaya dalam bentuk "sinar". Sinar dibelokkan di antarmuka antara dua medium yang berbeda, dan dapat berbentuk kurva di dalam medium yang mana indeks-refraksinya merupakan fungsi dari posisi. "Sinar" dalam optik geometris merupakan objek abstrak, atau "instrumen", yang sejajar dengan muka gelombang dari gelombang optis sebenarnya. Optik geometris

menyediakan aturan untuk penyebaran sinar ini melalui sistem optis, yang menunjukkan bagaimana sebenarnya muka gelombang akan menyebar. Ini adalah penyederhanaan optik yang signifikan, dan gagal untuk memperhitungkan banyak efek optis penting seperti difraksi dan polarisasi. Namun hal ini merupakan pendekatan yang baik, jika panjang gelombang cahaya tersebut sangat kecil dibandingkan dengan ukuran struktur yang berinteraksi dengannya. Optik geometris dapat digunakan untuk menjelaskan aspek geometris dari penggambaran cahaya (imaging), termasuk aberasi optis.

Optika geometris sering disederhanakan lebih lanjut oleh pendekatan paraksial, atau "pendekatan sudut kecil." Perilaku matematika yang kemudian menjadi linear, memungkinkan komponen dan sistem optis dijelaskan dalam bentuk matrik sederhana. Ini mengarah kepada teknik optik Gauss dan penelusuran sinar paraksial, yang digunakan untui order pertama dari sistem optis, misalnya memperkirakan posisi dan magnifikasi dari gambar dan objek. Propagasi sorotan Gauss merupakan perluasan dari optik paraksial yang menyediakan model lebih akurat dari radiasi koheren seperti sorotan laser. Walaupun masih menggunakan pendekatan paraksial, teknik ini memperhitungkan difraksi, dan memungkinkan perhitungan pembesaran sinar laser yang sebanding dengan jarak, serta ukuran minimum sorotan yang dapat terfokus. Propagasi sorotan Gauss menjembatani kesenjangan antara optik geometris dan fisik.

Optika fisis atau optika gelombang membentuk prinsip Huygens dan memodelkan propagasi dari muka gelombang kompleks melalui sistem optis, termasuk amplitudo dan fase dari gelombang. Teknik ini, yang biasanya diterapkan secara numerik pada komputer, dapat menghitung efek difraksi, interferensi, polarisasi, serta efek kompleks lain. Akan tetapi pada umumnya aproksimasi masih digunakan, sehingga tidak secara lengkap memodelkan teori gelombang elektromagnetik dari propagasi cahaya. Model lengkap tersebut jauh lebih menuntut komputasi, akan tetapi dapat digunakan untuk memecahkan permasalahan kecil yang memerlukan pemecahan lebih akurat.