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光学（英语：Optics），是物理学的分支，主要是研究光的现象、性质与应用，包括光与物质之间的相互作用、光学仪器的制作。光学通常研究红外线、紫外线及可见光的物理行为。因为光是电磁波，其它形式的电磁辐射例如X射线、微波及无线电波等等也具有类似光的特性。[1]英文术语“optics”源自古希腊字“ὀπτική”，意为名词“看见”、“视见”。[2]
大多数常见的光学现象都可以用古典电动力学理论来说明。但是，通常这全套理论很难实际应用，必需先假定简单模型。几何光学的模型最为容易使用。它试图将光当作射线（光线），能够直线移动，并且在遇到不同介质时会改变方向；它能够解释像直线传播、反射、折射等等很多光线现象。物理光学的模型比较精密，它把光当作是传播于介质的波动（光波）。除了反射、折射以外，它还能够以波性质来解释向前传播、干涉、偏振等等光学现象。几何光学不能解释这些比较复杂的光学现象。在历史上，光的射线模形首先被发展完善，然后才是光的波动模形.
很多现象涉及到光的波粒二象性。只有量子力学能够解释这些现象。在量子力学里，光被视为由一群称为光子的粒子组成。量子光学专门研究怎样用量子力学来解释光学现象。
进一步将光学细分类。光的纯科学领域，通常被称为光学或“光学物理”。应用光学通常被称为光学工程。光学工程中涉及到照明系统的部分，被特别称为“照明工程”。每一个分支在应用、技术、焦点以及专业关联上，都有很大不同。在光学工程中，比较新的发现，通常被归类为光子学（photonics）。
因为光学在实际中被广泛应用，光学物理和工程光学，在领域上，有很大程度的互相交叉。光学也与电子工程、物理学、天文学、医学（尤其是眼科学与视光学）等许多学科密切相关。很多关键科技都能找到光学的研究果实，包括镜子、透镜、望远镜、显微镜、激光、光纤、发光二极体、光伏等等。