色散和散射
折射过程发生在物理光学极限中，其中光的波长与其他距离相似，是一种散射。最简单的散射类型是汤姆逊散射，它发生在电磁波被单个粒子偏转时。在汤姆森散射的极限中，光的波状特性很明显，光的散射与频率无关，而康普顿散射则依赖于频率，是一个严格的量子力学过程，涉及光作为粒子的性质。在统计意义上，许多远小于光波长的粒子对光的弹性散射是一个称为瑞利散射的过程而波长相似或更大的粒子的类似散射过程称为米氏散射，廷德尔效应是常见的观察结果。来自原子或分子的一小部分光散射可能会发生拉曼散射，其中频率由于原子和分子的激发而改变。当光的频率由于随时间的局部变化和致密材料的运动而发生变化时，就会发生布里渊散射。
棱镜的颜色分离是正常色散的一个例子。在棱镜表面，斯涅尔定律预测，与法线成 θ 角入射的光将以 arcsin(sin (θ) / n ) 角折射。因此，具有较高折射率的蓝光比红光更强烈地弯曲，从而形成了众所周知的彩虹图案。
极化
极化是波的一般属性，它描述了它们的振荡方向。对于诸如许多电磁波之类的横波，它描述了垂直于波传播方向的平面中的振荡方向。振荡可以定向为单一方向（线性偏振），或者振荡方向可以随着波的传播而旋转（圆形或椭圆偏振）。圆极化波可以在传播方向上向右或向左旋转，而这两种旋转中的哪一种出现在波中称为波的手性。
现代光学
现代光学涵盖了 20 世纪流行的光学科学和工程领域。这些光学科学领域通常与光的电磁或量子特性有关，但确实包括其他主题。现代光学的一个主要子领域，量子光学，专门处理光的量子力学性质。量子光学不仅仅是理论上的；一些现代设备，例如激光器，具有依赖于量子力学的工作原理。光探测器，如光电倍增管和通道加速器，对单个光子做出响应。电子图像传感器，如CCD，会出现散粒噪声。对应于单个光子事件的统计数据。没有量子力学也无法理解发光二极管和光伏电池。在这些器件的研究中，量子光学经常与量子电子学重叠。
光学研究的专业领域包括光如何与特定材料相互作用的研究，如晶体光学和超材料。其他研究侧重于电磁波的现象学，如奇异光学、非成像光学、非线性光学、统计光学和辐射测量。此外，计算机工程师对集成光学、机器视觉和光子计算作为“下一代”计算机的可能组件感兴趣。
今天，纯粹的光学科学被称为光学科学或光学物理学，以区别于应用光学科学，后者被称为光学工程。光学工程的突出子领域包括照明工程、光子学和光电子学，具有实际应用，如透镜设计、光学元件的制造和测试以及图像处理。其中一些领域重叠，主题术语之间的界限模糊不清，在世界不同地区和不同行业领域的含义略有不同。由于激光技术的进步，在过去的几十年里，一个专业的非线性光学研究人员社区已经发展起来。
激光
激光是一种通过称为受激发射的过程发射光的设备。激光通常是空间相干的，这意味着光要么以窄、低发散的光束发射，要么可以在光学元件（如透镜）的帮助下转换成一束。由于首先开发了激光的微波等效物，即微波激射器，因此发射微波和无线电频率的设备通常称为微波激射器。
Kapitsa-Dirac 效应
