光是一種頻率極高的電磁波，而光纖本身是一種介質(zhì)波導，因此光在光纖中的傳輸理論是十分復雜的。要想全面地了解它，需要應用電磁場理論、波動光學理論、甚至量子場論方面的知識。但作為一個光纖通信系統(tǒng)工作者，無需對光纖的傳輸理論進行深入探討與學習。為了便于理解，我們從幾何光學的角度來討論光纖的導光原理，這樣會更加直觀、形象、易懂。更何況對于多模光纖而言，由于其幾何尺寸遠遠大于光波波長，所以可把光波看作成為一條光線來處理，這正是幾何光學的處理問題的基本出發(fā)點。

全反射原理

我們知道，當光線在均勻介質(zhì)中傳播時是以直線方向進行的，但在到達兩種不同介質(zhì)的分界面時，會發(fā)生反射與折射現(xiàn)象，如圖2.5 所示。

圖2.5 光的反射與折射

根據(jù)光的反射定律，反射角等于入射角。

根據(jù)光的折射定律：

n1Sinθ2= n2Sinθ2 （2.2）

其中n1為纖芯的折射率，n2為包層的折射率。

顯然，若n1>n2，則會有θ2>θ1。如果n1與n2的比值增大到一定程度，則會使折射角θ2≥90°，此時的折射光線不再進入包層，而會在纖芯與包層的分界面上掠過（θ2=90°時），或者重返回到纖芯中進行傳播（θ2>90°時）。這種現(xiàn)象叫做光的全反射現(xiàn)象，如圖2.6 所示。

人們把對應于折射角θ2等于90°的入射角叫做臨界角。很容易可以得到臨界角。

不難理解，當光在光纖中發(fā)生全反射現(xiàn)象時，由于光線基本上全部在纖芯區(qū)進行傳播，沒有光跑到包層中去，所以可以大大降低光纖的衰耗。早期的階躍光纖就是按這種思路進行設(shè)計的。