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物理光学（英语：physical optics），又称波动光学（wave optics）是光学的一个分支，研究的是关于干涉、衍射、偏振与其它在几何光学里射线近似不成立的种种现象。假设光波的波长超小于仪器的尺寸，能取波长趋向于零的极限为近似，则可以使用几何光学的方法来解析问题；对于小尺寸仪器，必须假设光波具有有限波长，改使用物理光学的方法来解析问题。[1]:36, 149
在光学通信（optical communication）里，像量子噪音（quantum noise）一类的效应是包括在干涉理论（coherence theory）的研究领域，通常不会包括在物理光学的研究领域。
物理光学建立在惠更斯原理的基础上，可以计算复波前（包括振幅与相位）通过光学系统的模型。这一技术能够利用计算机数值仿真模拟或计算衍射、干涉、偏振、像差等各种复杂光学现象。由于仍然会用到近似，物理光学不能像电磁波理论模型一样地能够全面描述光传播。对于大多数实际问题来说，完整电磁波理论模型需要的计算量太大，在现在的一般计算机硬件条件下并不十分实用，但小尺度的问题可以使用完整波动模型进行计算。
Als Wellenoptik oder physikalische Optik bezeichnet man in der Physik den Teilbereich der Optik, der Licht als elektromagnetische Welle behandelt statt als Bündel von Lichtstrahlen wie in der geometrischen Optik. Mithilfe der Wellenoptik lassen sich über die Ergebnisse der geometrischen Optik hinaus weitere Phänomene des Lichtes erklären, wie z. B. Farbe, Interferenz, Beugung und Polarisation.