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       根據纖芯直徑2a和光波波長λ比值的大小，光纖的傳輸原理可用光在波導中的光線理論或導波理論進行分析。對于多模光纖，2a/λ遠遠大于光波波長λ，可用幾何光學的光線理論近似分析光纖的傳光原理和特性；對于單模光纖，2a可與λ比擬，就必須用麥克斯韋導波理論來進行分析。

       由2.3.1節可知，光波從折射率較大的介質入射到折射率較小的介質時，在邊界將發生反射和折射，當入射角θi超過臨界角θc時，將發生全反射，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，還需滿足傳輸過程中的相干加強條件。因此，對于特定的光纖結構，只有滿足一定條件的電磁波可以在光纖中進行有效的傳輸，這些特定的電磁波稱為光纖模式。光纖中可傳導的模式數量取決于光纖的具體結構和折射率的徑向分布。如果光纖中只支持一個傳導模式，則稱該光纖為單模光纖。相反，支持多個傳導模式的光纖稱為多模光纖。

        為簡單和直觀起見，以階躍型光纖為例，進一步用幾何光學方法分析多模光纖的傳輸原理和導光條件。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傳輸，只有一定角度范圍內的光線在射入光纖時產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，在波導內光線與正交于光纖軸線的夾角是θ。此時，θ>θc（臨界角）的光線將發生全反射，而θ<θc的光線將進入包層泄漏出去。于是，為了光能夠在光纖中傳輸，入射角α必須要能夠使進入光纖的光線在光纖內發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角應該是使θ=θc。

       在n0/n1界面，根據斯奈爾定律（見2.3.1節）可得

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

當光從空氣進入光纖時，n0=1，所以

定義數值孔徑（NA）為

式中，Δ=（n1-n2）/n1為纖芯與包層相對折射率差。設Δ=1%，n1=1.5，得到NA=0.21或θc=12.1°。因此用數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，它與光纖的數值孔徑和光發射介質的折射率n0有關。式（3.2.4）只應用于子午光線入射，對于斜射入射光線，具有較寬的可接收入射角。多模光纖的大多數入射光線是斜射光線，所以它對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θ=θc時，光線在波導內以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θ<θc時，光線將折射進入包層并逐漸消失。因此，只有與此相對應的在半錐角為2αmax的圓錐內入射的光線才能在光纖內傳播，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，從光源到光纖的耦合效率越高。對無損耗光纖，在αmax內的入射光都能在光纖中傳輸。NA越大，纖芯對光能量的束縛能力越強，光纖抗彎曲性能越好。但NA越大，經光纖傳輸后產生的輸出信號展寬越大，因而限制了信息傳輸容量，所以要根據使用場合選擇適當的NA。