物理光学仪器的名称是与几何光学仪器相对而产生的，对基于波动光学原理进行光学传感的仪器总称，以便有别于基于几何光学、光线理论的光学仪器。

物理光学是光学的一个分支，与传统的几何光学理论相对应。在光学的发展历史中，人类首先认识到的是光的粒子性，最早的光学仪器，如镜子、光学放大镜透、玻璃透镜以及显微镜、望远镜都是依据几何光学成像的原理设计而成。17世纪中叶，法国哲学家、数学家、物理学家笛卡尔^[注]（René Descartes，1596-03-31～1650-02-11）与英国物理学家、天文学家、数学家I.牛顿^[注]（Isaac Newton，1643-01-04～1727-03-31）提出了较为完整的光的粒子论，奠定了几何光学的物理基础。最早的光学仪器主要是成像的显微镜与望远镜，依据几何光学的成像原理进行发展，出现各种结构性能不同的显微镜与望远镜，19世纪出现的相机等，都是采用经典的几何光学原理进行设计的。1670年，C.惠更斯^[注]（Christiaan Huygens，1629-04-14～1695-07-08）提出了光的波动理论。当时因为牛顿的影响力巨大，惠更斯的理论没有被广泛重视，但是到了19世纪初，英国物理学家T.杨^[注]（Thomas Young，1773～1829）利用光的波动理论解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。1818年，法国物理学家A.-J.菲涅耳（^[注]Augustin-Jean Fresnel，1788-05-10～1827-07-14）以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了惠更斯-菲涅耳原理，既能解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。1860年，英国物理学家J.C.麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831-06-13～1879-11-05）提出完整的电磁场理论之后，波动光学理论最终得以确定。由于光的波动理论比几何光学（光线光学）理论更展示出其物理特质，是一个更精确的理论体系。为了区别几何光学，人们开始将波动光学称为物理光学，根据波动光学原理研制的仪器就称为物理光学仪器。

要利用光的波动性，需要借助相干光源，18～19世纪，人类无法获得相干光源，只能用细缝或小孔来提高太阳光或蜡烛光的空间相干性，这就限制了物理光学仪器的发展，因为系统的光非常暗。20世纪中叶出现激光之后，物理光学仪器的发展迎来高潮，由于激光的高度相干性，是理想的相干光源，波动光学的波动性能够得到充分的展示。

20世纪初，随着量子光学的出现，光的波动粒子两重性被充分认识，人们开始充分综合利用光的粒子与波动特性来探测与传感客观世界，物理光学仪器与几何光学仪器的差异缩小了，逐渐统称为光学仪器。

物理光学仪器是基于光的波动性设计的光学仪器，基于光波的干涉原理、衍射原理以及光的偏振、吸收、散射与色散等现象，实现精密传感、成像、结构分析等功能。

物理光学仪器包括光学干涉仪、激光器、光度计（见图）、光学偏振仪、光学波面干涉仪、光谱仪器、光学空间光调制器、光学相位仪、光学全息仪、激光测距仪、电光调制器、光学雷达等。随着技术的发展，人类对仪器探测能力需求的增加，将原来属于几何光学仪器的成像光学仪器也加入了大量物理光学的手段进行成像性能的提升，如合成孔径望远镜、合成孔径显微镜、干涉显微镜、相衬显微镜等，因此物理光学仪器的名称已经不常用了，而一般将几何光学与物理光学仪器，以及其他一切利用光进行传感探测的仪器都统称为光学仪器。

分光光度计

物理光学仪器的特点就是利用光波的波动性来进行传感与探测。由于光的速度快、波长短、频率高，所以物理光学仪器常常以光的波长作为尺子来测量客观事物，用光的速度走的时间来测量目标的距离，用光的频率来表征物质的结构，是高精度的传感仪器。如宇宙引力波观测站，是一个超长干涉臂的迈克耳孙干涉仪，可实现人类最高精度的相位变化探测，从而能够发现引起真空变化的微弱的引力波的改变，为人类认识宇宙运动规律提供了技术手段。