光与物质的相互作用
光与物质之间存在多种相互作用方式，吸收、反射、散射、透射、干涉、衍射等等。
光的吸收
光的吸收是指光与物质相互作用时，物质可以吸收光的能量。吸收过程中，光的能量被转化为物质内部的能量，可能导致物质的温度升高。当物体对照射的光在所有波长内等量吸收称为非选择性吸收，反之，不等量吸收则为选择性吸收。反射率小于10%的非选择性吸收的物体的颜色为黑色。反射率在75%以上的非选择性吸收的物体的颜色为白色。非选择性吸收的物体对白光的反射率的大小标志为物体的黑白程度。
光的反射
光的反射原理：从几何学的角度看，当光线照射到物体之后，反射到人眼的光线，入射光线与反射光线对称，也即关于法线的角度相等时，称之为反射原理。
光的色散
光的色散是指当光通过不同介质（如空气、水、玻璃等）时，不同波长的光的传播速度会略有差异。当在不同的介质，即介质的折射率不同时，光传播速度改变。传播速度由介质的折射率决定表示为如下公式，
代表介质的折射率。
光的折射
光的折射是指当光从一种物质进入另一种物质时，也即从光的折射率为的空间进入到折射率为的空间，会使得传播方向改变，传播速度也改变的现象。传播方向改变也即入射光线与折射光线与法线的角度不一致。
当为第②种情况时，如果入射角度增加到一定的数值时，折射光线恰好是与法线垂直，这种现象称为全反射。
光的散射
光的散射是指光线在与物质相互作用后改变方向的现象。当光线遇到物体或介质的界面时，可能会发生散射。散射现象在光线遇到比其波长大的物体或介质时更为明显。这些物体或介质可以是粗糙的表面、悬浮的微粒、气溶胶等。
散射可以分为两种主要类型：瑞利散射和米氏散射。
瑞利散射会使光线在各个方向上均匀地扩散，并且散射光的强度与波长的四次方成反比关系。因为蓝光的波长短，所以被大气中的气体和微粒散射的光强度大，这是为什么天空呈现出蓝色的原因。
米氏散射是指当光线与其波长相当或大于其波长大小的微粒相互作用时发生的散射。米氏散射不受波长的影响。当阳光穿过空气中的微小尘埃颗粒时，光与尘埃粒子相互作用并发生散射，尘埃粒子将光散射到不同的方向，其中一部分光线会朝着你的眼睛方向散射，形成明亮的光斑或光束。因此，通俗的讲，米氏散射指光线与微小颗粒相互作用并发生散射的现象，这种散射使得光线在各个方向上散开，产生明亮的光斑或光束。
荧光
荧光指的是物质在受到能量激发后，释放出可见光的过程。物质通过吸收高能量的光，然后再以较低能量的光形式发出。荧光的颜色由释放的光子的能量决定，而能量的大小取决于电子跃迁的能级差。不同的物质具有不同的电子结构和能级差，因此它们会发出不同颜色的荧光。如下图所示，当物质吸收光时，物质中的电子从跃迁到高能级，再从能级跃迁到释放出荧光。
磷光
磷光是物质在受到短时间光照后，继续发光的过程。它类似于荧光发光的过程，但磷光的发光持续时间会更长。在短时间光照结束后，物质会继续发出能量较低的光，直到其能量耗尽。常见的夜光表盘、夜光手表就是利用了磷光的特性。
辉光
辉光，也称为极光，是大气层中的气体分子与太阳风相互作用而产生的自然光现象。当太阳风中的带电粒子进入地球磁场附近的区域时，它们与大气中的气体分子碰撞，激发了气体分子的能级，从而释放出光。辉光通常在夜间出现，形成了绚丽多彩的光带、弧线和光柱，展现出绿色、红色、紫色、蓝色等不同颜色的光芒。
量子点
量子点是尺寸为1nm-10nm间纳米级的半导体材料，具有特殊的光学和电学性质。当尺寸减小到纳米级别时，电子的运动受到限制，导致能级的量子化现象。量子点的尺寸决定了这些能级的间隔和数量，较小的量子点对应于更高的能级间隔，因此可以通过调整量子点的尺寸可以用来控制光的波长。量子点能够吸收和发射光的特定能量（频率）。
光的干涉
光的干涉是指当两束或多束光波相遇时，它们会产生叠加效应，形成干涉图样。干涉现象的具体形式取决于光波的波长、光源的性质、光波传播的路径差等因素。常见的干涉现象包括双缝干涉、薄膜干涉、牛顿环干涉等。
肥皂泡就是个典型的薄膜干涉的例子，当吹起一个肥皂泡时，肥皂液会形成一个薄膜，这个薄膜由两层肥皂水分子组成，中间是一层水分子。当光照射到肥皂泡上时，光在薄膜的前表面和后表面发生反射，并在两个表面之间传播。在肥皂泡中，由于薄膜的厚度不均匀，不同位置处的相位差也会不同，因此在肥皂泡上会观察到一系列的彩色条纹。
光的衍射是光波通过物体边缘或孔径时发生弯曲和扩散的现象。当光通过一个有限大小的孔或遇到物体的边缘时，发生衍射现象，光波会发生弯曲和扩散。衍射会产生一系列明暗相间的条纹或斑点，称为衍射图样。这些图样的形状和大小取决于光波的波长、孔径或物体的尺寸、光的入射角度等因素。
常见的衍射比如单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射等。
超透镜
超透镜是指有负折射率或超高折射率的特殊材料。它可以使光线在透镜内部发生反向折射，超透镜通常由微纳结构组成，通过调整微纳结构的形状、大小和排列方式可以调控电磁波的传播特性，从而实现对光线的弯曲、聚焦和调制。
