根據(jù)光學(xué)理論 ，在尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)而折射率變化緩慢的空間 ，可以用幾何光學(xué)的方法分析光波的傳播現(xiàn)象，這對(duì)于光纖中的多模光纖是完全適用的。因此，我們采用幾何光學(xué)的方法來(lái)分析光纖導(dǎo)光原理。

1)斯乃爾定理

斯乃爾定理認(rèn)為，當(dāng)光由光密物質(zhì) (折射率大)出射至光下物質(zhì) (折射率小)時(shí)，發(fā)生折射如圖12- 27(a)所示，其折射角大于入射角 ，即n₁>n₂時(shí)，n₁、n₂、θ_r、θ_i之間的關(guān)系為

n₁sinθ_i = n₂sinθ_r

可見(jiàn) ，和人射角θ_i增大時(shí)，折射角θ_r 也隨之增大，當(dāng)θ_r=90℃時(shí)θ_i仍小于90℃，此時(shí)，出射光線沿界面?zhèn)鞑?，如圖(b)所示。這種情況稱為臨界狀態(tài)。這時(shí)有下圖式子其中θ_io稱為臨界角。

  當(dāng)θ_i>θ_io并繼續(xù)增大時(shí)，θ_r>90℃，這時(shí)便發(fā)生完全反射現(xiàn)象，如圖（c）所示，其中出射光不再折射而全部反射回來(lái)。

2）光纖結(jié)構(gòu)

   光纖結(jié)構(gòu)如圖12-28所示。光纖呈圓柱形，它通常由玻璃纖維芯和玻璃包皮兩個(gè)向心圓柱的雙層結(jié)構(gòu)組成。

   纖芯位于光纖的中心部位，光主要在這里傳輸。纖芯折射率比包層折射率稍大些，兩層之間形成良好的光學(xué)界面，光線在這個(gè)界面上反射傳播。

3）光纖導(dǎo)光原理及數(shù)值孔徑

圖12-29是光纖導(dǎo)光示意圖。由圖可以看出，入射光線AB及與纖維軸線OO’相交角為θ_i，入射后折射（折射角為θ_i）至纖芯與包皮界面C點(diǎn)，與C點(diǎn)界面法線DE呈θ_k角，并由界面折射至包層，CK與DE夾角為θ_r。由圖12-29可以得出下圖式子