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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足光線在纖芯和包層界面上的全反射條件外，還需滿足傳輸過(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，則稱該光纖為單模光纖。相反，支持多個(gè)傳導(dǎo)模式的光纖稱為多模光纖。

        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），不是所有的光線都能夠在光纖內(nèi)傳輸，只有一定角度范圍內(nèi)的光線在射入光纖時(shí)產(chǎn)生的折射光線才能在光纖中傳輸。假如在光纖端面的入射角是α，在波導(dǎo)內(nèi)光線與正交于光纖軸線的夾角是θ。此時(shí)，θ>θc（臨界角）的光線將發(fā)生全反射，而θ<θc的光線將進(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)值孔徑表示的光線最大入射角αmax是

       角度2αmax稱為入射光線的總接收角，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)用于子午光線入射，對(duì)于斜射入射光線，具有較寬的可接收入射角。多模光纖的大多數(shù)入射光線是斜射光線，所以它對(duì)入射光線所允許的最大可接收角要比子午光線入射的大。

       當(dāng)θ=θc時(shí)，光線在波導(dǎo)內(nèi)以θc入射到纖芯與包層交界面，折射光線沿交界面向前傳播（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。