In den Werkstoffwissenschaften bezeichnet Optik die Wechselwirkung von Licht mit Materie und deren Nutzung zur Untersuchung, Verarbeitung und Funktionalisierung von Werkstoffen. Zentral sind die Begriffe komplexer Brechungsindex n* = n + iκ, Absorptionskoeffizient, Reflexion, Transmission und Streuung. Aus ihnen lassen sich spektrale Eigenschaften, Bandstrukturen, Defektzustände und Mikrostrukturen ableiten.

Ein wesentliches Anwendungsfeld ist die optische Mikroskopie (Hellfeld, Dunkelfeld, Polarisations- und Konfokalmikroskopie), mit der Gefügemorphologie, Korngrößen, Phasenverteilungen und Texturen analysiert werden. Polarisiertes Licht erlaubt insbesondere die Charakterisierung anisotroper Kristalle und spannungsinduzierter Doppelbrechung.

Spektroskopische Verfahren wie UV‑Vis‑, IR‑, Raman‑ und Ellipsometrie liefern quantifizierbare Informationen zu elektronischen Übergängen, Phononen, Schwingungsmoden, Schichtdicken und optischen Konstanten dünner Filme. Spektrale Signaturen ermöglichen Rückschlüsse auf chemische Zusammensetzung, Ordnung/Unordnung und Defektdichten.

Darüber hinaus ist Optik grundlegend für optische Funktionswerkstoffe wie transparente Keramiken, optische Gläser, Halbleiter für Photonik, optische Beschichtungen und Metamaterialien. Hier spielen Dispersion, Nichtlinearität, Streuung an Inhomogenitäten sowie Verluste durch Absorption und Rauheit eine zentrale Rolle im Design.

Moderne Optik in der Werkstofftechnik verknüpft klassische Wellenoptik mit numerischen Methoden (FDTD, RCWA) und quantenmechanischen Modellen, um Licht‑Materie‑Wechselwirkungen über Längenskalen von der atomaren bis zur makroskopischen Dimension präzise zu beschreiben und zu nutzen.