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物理光學（英語：physical optics），又稱波動光學（wave optics）是光學的一個分支，研究的是關於干涉、繞射、偏振與其它在幾何光學裏射線近似不成立的種種現象。假設光波的波長超小於儀器的尺寸，能取波長趨向於零的極限為近似，則可以使用幾何光學的方法來解析問題；對於小尺寸儀器，必須假設光波具有有限波長，改使用物理光學的方法來解析問題。[1]:36, 149
在光學通信（optical communication）裏，像量子噪音（quantum noise）一類的效應是包括在干涉理論（coherence theory）的研究領域，通常不會包括在物理光學的研究領域。
物理光學建立在惠更斯原理的基礎上，可以計算複波前（包括振幅與相位）通過光學系統的模型。這一技術能夠利用計算機數值仿真模擬或計算繞射、干涉、偏振、像差等各種複雜光學現象。由於仍然會用到近似，物理光學不能像電磁波理論模型一樣地能夠全面描述光傳播。對於大多數實際問題來說，完整電磁波理論模型需要的計算量太大，在現在的一般計算機硬件條件下並不十分實用，但小尺度的問題可以使用完整波動模型進行計算。
物理光學也是一種近似的前綴，時常引用於光學、電機工程學、應用物理學。對於這上下文，它屬於一種處於忽略波動效應的幾何光學與精確波動理論的電磁學之間的中間方法。在「物理光學」這術語裏，「物理」兩個字的意味着它是比幾何光學更偏向物理方面的理論，而不是一門精確波動理論。[2]:11-13
這種近似應用幾何光學來估算在曲面位置的場，然後積分這場於整個曲面，這樣，可以計算出在任意位置的透射場或散射場。例如，這種近似估算在透鏡、鏡子、孔徑表面的場，然後積分這場於整個表面來計算透射場或散射場。這方法很類似玻恩近似，問題的細節被當作微擾來處理。
在光學裏，這是一種標準地估算繞射效應的方法。由於這是一種高頻率近似，波長越小，估算結果的準確性越高。
物理光學的標準理論對於估算散射場存在有瑕疵，因此，越偏離鏡面方向，準確度越低。[3]2004年，物理學者提出改良理論，能夠計算導體的散射場，並且對於相關問題給出精確解。[4]
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