אור
תופעות הקשורות לאור

האור יוצר מגוון עצום של תופעות שאותן חוקרת ומסבירה האופטיקה, וכאן נציג אך כמה מהחשובות שבהן.
התופעות הפשוטות ביותר ניתנות להסבר באופטיקה גאומטרית:
שבירה – במעבר בין תווכים (חומרים) שקופים שונים, האור נשבר, כלומר כיוון ההתקדמות שלו משתנה, על פי חוק סנל. חוק סנל נובע גם מתוך עקרון הדרך האופטית המינימלית שקובע שהאור ינוע בין שתי נקודות תמיד בדרך האופטית הקצרה ביותר. חוק סנל מגדיר את פעולתן של עדשות. חוק סנל קובע את מעבר האור באטמוספירה ובכל תווך שקוף, ואחראי גם על תופעת הפאטה מורגנה שבה נראה כאילו ישנם מים על הכביש ביום חם.
החזרה – החזר מראה יכול להתרחש מכל משטח מבריק. במעבר בין תווכים, חלק מהאור עובר ונשבר, וחלק מוחזר בזווית השווה לזווית הפגיעה, ביחס לניצב למשטח. אם המשטח עשוי מתכת ומבריק (כמו במראה), ההחזרה תהיה כמעט מלאה. במעבר מתווך בעל מקדם שבירה גבוה לנמוך, בזוויות הקהות מתקיימת החזרה פנימית מלאה, וכל האור מוחזר כמו ממראה.
בליעה – מתרחשת כאשר אור חודר לתווך שאינו שקוף. חלק מעוצמת האור נבלע בחומר והופך לחום. חומרים בצבע לא לבן בולעים חלק מהאור; חומרים בצבע שחור בולעים את כל האור הנראה. אם נניח משטחים בגוונים שונים תחת השמש, ככל שצבעם כהה יותר הם יתחממו יותר, בגלל מנגנון הבליעה שהופך אור לחום.
נפיצה (דיספרסיה) – תופעה שבה אור לבן (וכל אור בעל ספקטרום רחב) נפרד לצבעים השונים שמרכיבים אותו על פי אורך הגל, כלומר כל אורך גל נע בכיוון שונה. קשת בענן היא דוגמה מרהיבה של נפיצה. הנפיצה נגרמת כתוצאה ממעבר האור דרך חומר שקוף בעל מקדם שבירה שאינו קבוע לכל אורכי הגל (ראו יחס נפיצה). מכיוון שמקדם השבירה לא שווה, זווית השבירה שונה עבור כל אורך גל, והצבעים השונים באור נפרדים.
תופעות גליות מוסברות בעזרת משוואות מקסוול, או באופן פשוט יותר לפי עקרון הויגנס הקובע שניתן לתאר התפשטות של גל מורכב כהתפשטות של גל כדורי מכל נקודה במשטח. תופעות אלו ניכרות עבור אור קוהרנטי, שהוא בעל אורך גל מסוים ומגיע ממקור יחיד.
עקיפה מתרחשת באופן הבולט ביותר כאשר האור עובר דרך סדק צר, בעובי הקרוב לאורך הגל. האור במקרה זה "עוקף" את הסדק ומתפזר לכל הכוונים, ויכול ליצור תבניות מורכבות בהתאם לעובי הסדק. דרך סדק צר יותר מאורך הגל, חזית הגל מתפשטת כגל כדורי יחיד, באופן שווה לכל הכוונים.
התאבכות היא תופעה של התחברות גלים נפרדים וקוהרנטיים, למשל אחרי מעבר בשני סדקים. השדות החשמליים והמגנטיים מתחברים ויוצרים תבניות אור וחושך מורכבות, שנקראות תבניות התאבכות. מכיוון שהשדות מתחברים באופן קוהרנטי, העוצמה של השיאים גדולה יותר מאשר בחיבור גלים לא קוהרנטי ללא התאבכות, שבו עוצמת הגלים מתחברת. לדוגמה, שני גלים שווים המתחברים באופן לא קוהרנטי, ייתנו עוצמה כפולה. שני גלים קוהרנטיים יתחברו לעוצמה הגדולה פי 4, בשטח קטן יותר כי האנרגיה הכוללת נשמרת.
קיטוב הוא כיוון השדה החשמלי של האור כאשר השדה המגנטי בדרך כלל ניצב אליו. אור ממרבית מקורות התאורה אינו מקוטב, כלומר הקיטוב שונה ואקראי עבור כל אורך גל וכל פוטון. אור לייזר הוא מקוטב במקורו בגלל מנגנון הלזירה. אור לא מקוטב ניתן לקיטוב, כלומר ניתן לקבוע את כיוון קיטוב האור בעזרת מקטב. בצג LCD למשל, מקור האור הוא מנורות לד לא מקוטבות, אך הגביש הנוזלי, שהוא החלק בצג שאחראי על צבע ועוצמה, מקטב את האור היוצא מהמסך. קיטוב מתרחש גם בהחזרת אור שמש ממשטחים מבריקים (לא מראות), אשר מחזירים קיטוב מקביל יותר מאשר קיטוב ניצב למשטח, לפי חוקי פרנל. מדידת קיטוב האור מכונה פולרימטריה.
פיזור הוא אור הפוגע בחלקיק חומר בזווית אחת, ומוחזר לכל הכוונים בעוצמות שונות. פיזור הוא תופעה המוסברת ברמות שונות באופטיקה גאומטרית, בגלים ובתורת הקוונטים. ניסויי פיזור הם כלי המחקר העיקרי בפיזיקת חלקיקים. פיזור תלוי בתכונות החלקיקים – צורה וגודל, ובתכונות האור – אורך הגל, קיטוב ועוד. דוגמאות לפיזור הן קרני אור שמש שעוברות באוויר עם אבק (ראו תמונה), כמו גם הצבע הכחול של השמיים, שהוא תוצאה של פיזור אור השמש ממולקולות האוויר. אלמלא הפיזור באוויר, השמיים היו שחורים, כמו בירח.
תופעות קוונטיות הקשורות לאור:
לייזר הוא אור אשר נוצר כתוצאה מפליטה מאולצת, שבה אלקטרון ברמה אנרגטית גבוהה מגיב עם פוטון שגורם לו לרדת לרמה נמוכה ולפלוט פוטון נוסף, אשר זהה לפוטון המקורי בקיטוב, כיוון, תדירות ומופע. אור שהוא אחיד בתכונות האלו נקרא קוהרנטי.
פלואורסצנציה ופוספורסצנציה או בעברית זהירה וזרחנות, הן תופעות שבהן אור באורך גל (צבע) מסוים נבלע בחומר ובמקומו נפלט אור באורך גל אחר. ההבדל ביניהן הוא שבפלואורסצנציה פליטת האור היא מיידית, וכאשר מקור האור כבה גם הפלואורסצנציה נפסקת. בחומר פוספורסנטי האנרגיה נאגרת, ונפלטת במשך זמן רב (עד לכמה שעות) גם לאחר כיבוי האור המקורי.
פלזמון ופולריטון הם תופעות הקשורות לתגובת אור עם חומר. תופעות אלו יכולות לייצר התקנים חדשניים כגון מקור אור קוהרנטי שאינו לייזר והוא בעל יעילות גבוהה, או מיקוד אור באורך גל קצר בעזרת התקנים גדולים בהרבה מאורך הגל ובכך למזער שבבים. פלזמונים ופולריטונים נמצאים בחזית המחקר באופטיקה נכון לשנת 2020.