Redigerer Optikk (avsnitt)

==== Modellering og design av optiske systemer ved hjelp av fysisk optikk ====
Mange forenklede tilnærmelser er utviklet for å analysere og utforme optiske systemer. De fleste av disse bruker et eneste [[skalar]]t [[felt (fysikk)|felt]] til å representere det elektriske feltet i lysbølgen, heller enn å bruke en [[vektorfelt]] med ortogonale elektriske- og magnetiske vektorer.<ref name="Born and Wolf">M. Born and E. Wolf (1999). Principle of Optics. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-64222-1.</ref> [[Huygens-Fresnels prinsipp]] er basert på en slik modell. Denne ble utledet empirisk av [[Augustin Fresnel]] (1788-1827) i 1815 ved å benytte Huygens hypotese om at hvert punkt på en bølgefront genererer en ny bølgefront, som oppstår ved [[Superposisjonsprinsippet|superposisjon]] av elementære kulebølger. [[Kirchhoffs diffraksjonsteori|Kirchhoffs diffraksjonformel]] som er utledet ved hjelp av [[Helmholtz-ligning]]en, setter Huygens-Fresnel-prinsippet på en mer solid teoretisk fundament.

Mer rigorøse modeller som omfatter modellering av både elektriske og magnetiske felt i lysbølgen, er nødvendig ved håndtering av den detaljerte interaksjonen av lys med materialer der interaksjonen er avhengig av både elektriske og magnetiske egenskaper. For eksempel er oppførselen til en lysbølge som samvirker med en overflate av metall ganske forskjellig fra det som skjer ved vekselvirkning med et ''dielektrisk materiale''. Dielektrisk materiale er for øvrig stoffer der transport av elektroner, elektronhull eller ioner normalt ikke skjer, men som allikevel kan bli polarisert av [[elektrisk felt|elektriske felter]]. En vektormodell må brukes til å modellere polarisert lys.

Teknikker for [[Datasimulering|numerisk modellering]] som for eksempel ''[[elementmetoden]]'', ''Boundary element method'' og ''transmission-line matrix method'' kan anvendes for å modellere forplantningen av lyset i systemer der dette matematisk ikke kan løses analytisk. Slike modeller er beregningsmessig krevende og blir normalt bare brukes til å løse småskalaproblemer som krever nøyaktighet utover det som kan oppnås med analytiske løsninger.<ref>{{Cite book|author=J. Goodman|year=2005|title=Introduction to Fourier Optics|edition=3rd ed,|publisher=Roberts & Co Publishers|isbn=0-9747077-2-4|url=https://archive.org/details/introductiontofo0000good_u8t0}}</ref>

Alle resultatene fra geometrisk optikk kan også anvendes ved hjelp av teknikker fra såkalt  ''Fourieroptikk''. Fourieroptikk anvender mange av de samme matematiske og analytiske teknikker som brukes i [[akustisk]] og [[signalbehandling]].

[[Gaussisk stråle]]forplantning (spredning av lysstrålen følger [[normalfordeling]]) er en enkel modell fra paraksial fysikalsk optikk for spredning av koherent stråling, for eksempel laserstråler. Denne teknikken tar delvis hensyn til diffraksjon, slik at nøyaktige beregninger av den hastighet en laserstråle ekspanderer med over avstand, og den minimale størrelse som strålen kan fokuseres. Gaussisk stråleforplantning bygger en bro mellom den geometriske og fysiske optikk.<ref>{{Cite book|author=A. E. Siegman|year=1986|title=Lasers|url=https://archive.org/details/lasers0000sieg|publisher=University Science Books|isbn=0-935702-11-3}} Chapter 16.</ref>