（一）光波速度
光波與電磁波在真空中的傳輸速度為c=3×105km/s。光在均勻介質(zhì)中直線傳播，速度與介質(zhì)的折射率成反比，即
式中 n——介質(zhì)光折射率；
c——真空中的光速。
真空的光折射率為1，其他介質(zhì)的折射率大于1，因此傳輸速度比在真空中小。其中空氣的折射率近似為1，而石英光纖的折射率為1.458，則光波速度為v=2×105km/s。
光波的波長（λ）、頻率（f）和速度之間的關系為
c=fλ
或
（二）光波的折射與反射
光在同一均勻介質(zhì)中是直線傳播的，但在兩種不同的介質(zhì)的交界處會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，如圖1.9所示。
設MM′為空氣與玻璃的界面，NN′為界面的法線，空氣折射率n1＜玻璃折射率n2。當入射光到MM′與NN′的交接處O點時，發(fā)生一部分光反射回空氣，另一部分光折射進入玻璃中的現(xiàn)象。
圖1.9 光的反射和折射
根據(jù)反射定律，
=∠φ1，則
根據(jù)折射定律，假設光在空氣和玻璃中的速度分別為v1和v2，則根據(jù)波動理論可知
因此，可推導出
（三）光波的全反射
根據(jù)折射定律，光從折射率大的介質(zhì)到折射率小的介質(zhì)時，折射角大于入射角，并隨入射角增大而增大。當入射角增大到臨界角φ0時，折射角∠φ2=90°，如圖1.10所示，這時光以φ1角全反射回去，從能量角度看，折射光能量越來越小，反射光能量逐漸增大，直到折射光能量消失。
即
圖1.10 光波的全反射
在這種情況下，
（四）光纖導光原理
光纖的傳輸原理，可以用幾何光學的反射、折射特性來分析。當光從光密媒介（折射率相對較大）到光疏媒介的交界面會發(fā)生全反射現(xiàn)象，即入射角達到一定值時，折線光線將與法線成90°角，再增大會使折射光線進入原媒介（即光纖）傳輸。
以階躍型多模光纖的交軸（子午）光線為例，進一步討論光纖的傳輸條件。設纖芯和包層折射率分別為 n1和 n2，空氣的折射率 n0=1，纖芯中心軸線與 z軸一致，如圖1.11所示。
光線在光纖端面以小角度θ從空氣入射到纖芯（n0＜n1），折射角為θ1，折射后的光線在纖芯直線傳播，并在纖芯與包層交界面以角度ψ1入射到包層（n1＞n2）。
圖1.11 階躍型多模光纖傳輸原理示意圖
由圖1.11可知，改變角度θ，不同θ相應的光線將在纖芯與包層交界面發(fā)生反射或折射。根據(jù)光波的全反射情況，存在一個臨界角θc（此時代表在纖芯和包層產(chǎn)生臨界角ψc的外部光線入射角）。當θ＜θc時，相應的光線將在交界面發(fā)生全反射而返回纖芯，并以折線的形狀向前傳播，如光線1；當θ=θc時，相應的光線以ψc入射到交界面，并沿交界面向前傳播（折射角為90°），如光線2；當θ＞θc時，相應的光線將在交界面折射進入包層并逐漸消失，如光線3。
由此可見，只有在半錐角為θ≤θc的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳輸，如圖1.12所示。
圖1.12 光纖內(nèi)光波傳輸
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