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       根據(jù)纖芯直徑2a和光波波長(zhǎng)λ比值的大小，光纖的傳輸原理可用光在波導(dǎo)中的光線(xiàn)理論或?qū)Рɡ碚撨M(jìn)行分析。對(duì)于多模光纖，2a/λ遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)λ，可用幾何光學(xué)的光線(xiàn)理論近似分析光纖的傳光原理和特性；對(duì)于單模光纖，2a可與λ比擬，就必須用麥克斯韋導(dǎo)波理論來(lái)進(jìn)行分析。

       由2.3.1節(jié)可知，光波從折射率較大的介質(zhì)入射到折射率較小的介質(zhì)時(shí)，在邊界將發(fā)生反射和折射，當(dāng)入射角θi超過(guò)臨界角θc時(shí)，將發(fā)生全反射，如圖2.3.4c所示。光纖傳輸電磁波的條件除滿(mǎn)足光線(xiàn)在纖芯和包層界面上的全反射條件外，還需滿(mǎn)足傳輸過(guò)程中的相干加強(qiáng)條件。因此，對(duì)于特定的光纖結(jié)構(gòu)，只有滿(mǎn)足一定條件的電磁波可以在光纖中進(jìn)行有效的傳輸，這些特定的電磁波稱(chēng)為光纖模式。光纖中可傳導(dǎo)的模式數(shù)量取決于光纖的具體結(jié)構(gòu)和折射率的徑向分布。如果光纖中只支持一個(gè)傳導(dǎo)模式，則稱(chēng)該光纖為單模光纖。相反，支持多個(gè)傳導(dǎo)模式的光纖稱(chēng)為多模光纖。

        為簡(jiǎn)單和直觀起見(jiàn)，以階躍型光纖為例，進(jìn)一步用幾何光學(xué)方法分析多模光纖的傳輸原理和導(dǎo)光條件。如圖3.2.1所示，光線(xiàn)在光纖端面以不同角度α從空氣入射到纖芯（n0<n1），不是所有的光線(xiàn)都能夠在光纖內(nèi)傳輸，只有一定角度范圍內(nèi)的光線(xiàn)在射入光纖時(shí)產(chǎn)生的折射光線(xiàn)才能在光纖中傳輸。假如在光纖端面的入射角是α，在波導(dǎo)內(nèi)光線(xiàn)與正交于光纖軸線(xiàn)的夾角是θ。此時(shí)，θ>θc（臨界角）的光線(xiàn)將發(fā)生全反射，而θ<θc的光線(xiàn)將進(jìn)入包層泄漏出去。于是，為了光能夠在光纖中傳輸，入射角α必須要能夠使進(jìn)入光纖的光線(xiàn)在光纖內(nèi)發(fā)生全反射而返回纖芯，并以曲折形狀向前傳播。由圖3.2.1可知，最大的α角應(yīng)該是使θ=θc。

       在n0/n1界面，根據(jù)斯奈爾定律（見(jiàn)2.3.1節(jié)）可得

全反射時(shí)，由式（2.3.2）可知，sinθc=n2/n1，將此式代入式（3.2.1），可得

當(dāng)光從空氣進(jìn)入光纖時(shí)，n0=1，所以

定義數(shù)值孔徑（NA）為

式中，Δ=（n1-n2）/n1為纖芯與包層相對(duì)折射率差。設(shè)Δ=1%，n1=1.5，得到NA=0.21或θc=12.1°。因此用數(shù)值孔徑表示的光線(xiàn)最大入射角αmax是

       角度2αmax稱(chēng)為入射光線(xiàn)的總接收角，它與光纖的數(shù)值孔徑和光發(fā)射介質(zhì)的折射率n0有關(guān)。式（3.2.4）只應(yīng)用于子午光線(xiàn)入射，對(duì)于斜射入射光線(xiàn)，具有較寬的可接收入射角。多模光纖的大多數(shù)入射光線(xiàn)是斜射光線(xiàn)，所以它對(duì)入射光線(xiàn)所允許的最大可接收角要比子午光線(xiàn)入射的大。

       當(dāng)θ=θc時(shí)，光線(xiàn)在波導(dǎo)內(nèi)以θc入射到纖芯與包層交界面，折射光線(xiàn)沿交界面向前傳播（折射角為90°），如圖3.2.1b所示。當(dāng)θ<θc時(shí)，光線(xiàn)將折射進(jìn)入包層并逐漸消失。因此，只有與此相對(duì)應(yīng)的在半錐角為2αmax的圓錐內(nèi)入射的光線(xiàn)才能在光纖內(nèi)傳播，所以光纖的受光范圍是2αmax。

       NA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA（或αmax）越大，光纖接收光的能力越強(qiáng)，從光源到光纖的耦合效率越高。對(duì)無(wú)損耗光纖，在αmax內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸。NA越大，纖芯對(duì)光能量的束縛能力越強(qiáng)，光纖抗彎曲性能越好。但NA越大，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的輸出信號(hào)展寬越大，因而限制了信息傳輸容量，所以要根據(jù)使用場(chǎng)合選擇適當(dāng)?shù)腘A。