In der Werkstoffwissenschaft bezeichnet Optik die Gesamtheit der Phänomene, Modelle und Methoden, die auf der Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung – vor allem Licht vom UV- bis zum IR-Bereich, teils auch Röntgenstrahlung – und Materialien beruhen. Zentrale Zielgrößen sind die optischen Konstanten (Brechungsindex n, Extinktionskoeffizient k), spektrale Transmission, Reflexion, Absorption und Streuung.

Optische Eigenschaften resultieren aus der elektronischen Bandstruktur, Mikrostruktur und Morphologie eines Werkstoffs. So bestimmen Defekte, Phasenanteile, Korngrößen, Porosität und Oberflächenrauheit maßgeblich das optische Verhalten. Nichtlineare Optik entsteht, wenn die Polarisation des Materials nichtlinear von der Feldstärke abhängt und erlaubt z.B. Frequenzkonversion in Kristallen.

Technologisch spielt Optik eine zentrale Rolle im Lichtmanagement und der Wellenfrontformung, etwa durch refraktive und diffraktive optische Elemente, Metasurfaces oder Strahlformer. In dünnen Schichten und Nanostrukturen werden Interferenzeffekte gezielt genutzt, um Reflexion, Farbwirkung oder Emissionseigenschaften einzustellen. Thermo-optische Eigenschaften (Temperaturabhängigkeit von n und k) sind für Hochleistungsoptiken und Photonik-Bauelemente kritisch.

Methodisch umfasst die Optik in der Werkstoffforschung spektroskopische Techniken (UV/Vis/NIR, Ellipsometrie, Raman, IR), mikroskopische Verfahren (optische, konfokale, Nahfeld- und Röntgenoptik) sowie optische Charakterisierung unter Betriebsbedingungen (in situ, operando). Damit bildet sie eine Schlüsselbrücke zwischen Licht-Materie-Wechselwirkung und funktionalem Werkstoffdesign.