光线是由光源发射出来的，我们平时看到的光线，是光线在空气或其他介质中的投射效果。在数学上，光线可以用一条射线来表示，这条射线起点是光源，方向则表示着光线的传播方向。
当光线在空气或真空中传播时，光线传播的方向可以符号化的表示为一个单位矢量，也就是垂直于等光面的方向。这个方向我们称之为“光线方向”。使用矢量表示光线方向时，我们通常用直角坐标系（笛卡尔坐标系）来表示。在笛卡尔坐标系中，光线方向的朝向由三个元素：x、y、z坐标值来表示。
光线的颜色可以表示光的波长或频率，光线的颜色越暗红，频率越低，波长越长；而颜色越紫，频率越高，波长越短。由于光线的波长或频率并不是很容易被人类直接感知到，因此人们通常使用颜色来表示光线的波长或频率。
在现代物理学中，人们通过对于光线入射到晶体或者特定材料内部的折射角和反射角的研究，得出不同颜色光线折射率与其波长之间的关系。这种关系被称为光的色散关系，通常表示为折射率 $n$ 与波长 $\lambda$ 或频率 $f$ 之间的函数关系式。
光线的相位是光场中的一种基本物理量，它表示着光场中的振幅变化的时步。在光学中，通常使用复数来表示光场。那么，相位就是复数幅角的大小，而横向相位就是相位沿光线方向的变化。
光线在空气和其他介质之间传播时，会发生折射、反射等现象。这些现象都与相位有关。例如，当光线经过透明介质表面时，会发生一定的相位差，这就导致了光线的折射方向的变化。因此，了解光场的相位信息对于光学的研究和实验都有着重要的意义。
光线既有其所具备的粒子性质，同时也有波动性。波长为什么是光线的一种表示方法呢？这是因为光线在空间中的传播符合某种特定的波动规律，这种规律是由光的自然振动状态所决定的。
在波动光学研究中，我们通常使用波长来表示光线的波动性，而横向相位则用来描述光线的相位信息。在空间中，我们可以将波长和横向相位结合在一起，形成波函数来表示光线的波动性质。光的波动性质不仅在实验上有许多应用，而且在理论上也引发了许多有趣的物理学研究。
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