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(dǎo)，因此光在光纖中的傳輸理論是十分復(fù)雜的。要想全面地了解它，需要應(yīng)用電磁場(chǎng)理論、波動(dòng)光學(xué)理論、甚至量子場(chǎng)論方面的知識(shí)。但作為一個(gè)光纖通信系統(tǒng)工作者，無(wú)需對(duì)光纖的傳輸理論進(jìn)行深入探討與學(xué)習(xí)。為了便于理解，我們從幾何光學(xué)的角度來(lái)討論光纖的導(dǎo)光原理，這樣會(huì)更加直觀、形象、易懂。更何況對(duì)于多模光纖而言，由于其幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)，所以可把光波看作成為一條光線來(lái)處理，這正是幾何光學(xué)的處理問(wèn)題的基本出發(fā)點(diǎn)。
全反射原理
我們知道，當(dāng)光線在均勻介質(zhì)中傳播時(shí)是以直線方向進(jìn)行的，但在到達(dá)兩種不同介質(zhì)的分界面時(shí)，會(huì)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(huì)有θ2>θ1。如果n1與n2的比值增大到一定程度，則會(huì)使折射角θ2≥90°，此時(shí)的折射光線不再進(jìn)入包層，而會(huì)在纖芯與包層的分界面上掠過(guò)（θ2=90°時(shí)），或者重返回到纖芯中進(jìn)行傳播（θ2>90°時(shí)）。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(duì)應(yīng)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(dāng)光在光纖中發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí)，由于光線基本上全部在纖芯區(qū)進(jìn)行傳播，沒(méi)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(jìn)行設(shè)計(jì)的。
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