发布时间：2024年5月8日
光的波动性质最早是在1600年代中期提出的，并由胡克（约1678年）进一步发展。最终的确认是由杨于1801年通过他的著名的杨氏双缝干涉实验获得的。到1864年，麦克斯韦已经发展出一个把光描述为电磁波的广义电磁理论。到了20世纪初，大多数物理学家认为麦克斯韦的波动理论是最后的理论，而且无法质疑。
但是有一个问题：麦克斯韦的理论不能解释光电效应；也就是电子发射的具体情况。到1905年，爱因斯坦成功地做到这一点，并且他提出了一个激进的概念，即光是由粒子或光子组成。这一个超前的洞察革命化了物理学，并使爱因斯坦获得了诺贝尔奖（不是因为相对论）。
100多年前，1922年11月13日，阿尔伯特 • 爱因斯坦（Albert Einstein）得到了诺贝尔奖的通知。
爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖，正式颁奖词是:
“奖励他对理论物理的贡献，特别是他发现的光电效应定律。（for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect）”。
但是光如何既是波又是粒子呢？答案来自于量子理论的发展。这个理论经过广泛的测试，被发现可以精确地描述许多重要的物理属性。但量子理论非常抽象，难以使用。
量子理论是唯一能解释发射、吸收和光电效应的理论，但并非所有的光学效果都需要这种完整并且复杂的理论。旧的电磁理论可以被视为量子理论的一个子集或简化，而电磁理论已经完全能够解释反射、折射、极化、衍射和干涉等光学概念。同样，标量波理论是对完整的电磁理论的一种简化，标量波理论也能够处理衍射和干涉这类问题。这些理论及其所涉及的光学效果属于物理光学的范畴。
但是在实际的应用中，大多数的场景，做进一步的简化能大幅提高效率。对光的理论进行进一步的简化就会出现几何光学。
几何光学是一种极大的简化的方法。在几何光学里，光被简化为几何波前和几何光线。这是光学设计师用来计算几何失真的基础理论。这个失真其实就是指，从物方到像方的变化。为了计算失真，光线以三角的方式通过镜头从物体一直被追踪到图像面。
然而，纯三角光线的追踪并没有提供很多关于镜头中的某些失真起源于何处的分析方法。为了提供这些分析方法，几何失真理论逐渐成为一个特有的体系。
最终几何光学的简化产生了一阶光线追踪和一阶图像特性。这里的三角方程被简化为其最简单的形式，这些最简单的形式给出了完美的无失真无变形的图像。
在小角度即近轴条件下，折射方程简化为线性方程。
一阶理论被用来计算多数基本的光学特性，如入瞳直径、焦距长度、焦距比或F数值、视场、放大率、光瞳位置、图像位置和图像方向等等。
但是我们在使用这些一阶理论的时候，需要稍微注意，层次越高，理论越正确，但也更抽象，更难使用。相反，层次越低，理论包含的错误或不完整性越多，但也更有用，更直观。从精确到近似，带来的其实还是效率的提升，如果任何时候你正在使用的理论的固有缺陷或完整性或精确性成为了一个问题，那么你可以随时切换到所需的更高层次的理论。当进行光学性能评估时，光学设计师会将衍射效应结合到常见的几何像差之中，这就是他们在设计过程中的做法。
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