第二章光纤传输与导光原理
第2章光纤通信的基本原理
16、我总是站在顾客的角度看待即将推出的产品或服务，因为我就是顾客。2021年10月21日星期四12时3分57秒00:03:5721 October 2021
17、当有机会获利时，千万不要畏缩不前。当你对一笔交易有把握时，给对方致命一击，即做对还不够，要尽可能多地获取。上午12时3分57秒上午12时3分00:03:5721.10.21
2.1光纤的结构与分类
2.按传输模式的数量分类 按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模
光纤(Multi-Mode Fiber，MMF)和单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)。
多模光纤和单模光纤是由光纤中传输的模式数目 决定的，判断一根光纤是不是单模传输，除了光纤自身的 结构参数外，还与光纤中传输的光波长有关。
2.1光纤的结构与分类
3.按光纤截面上折射率分布分类 按照截面上折射率分
布的不同可以将光纤分为阶跃 型光纤(Step-Index Fiber， SIF)和渐变型光纤(GradedIndex Fiber，GIF)，其折射 率分布如右图所示。
光纤的折射率分布
2.1光纤的结构与分类
阶跃型光纤是由半径为a、折 射率为常数n1的纤芯和折射率 为常数n2的包层组成，并且 n1>n2, n1=1.463~1.467, n2=1.45~1.46。
2n12
n1
2.2光纤传光原理
数值孔径NA是表达光纤接受和传输光的能力的参数，它与 光纤的纤芯、包层折射率有关，而与光纤尺寸无关。
NA或θc越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的 耦合效率越高。对于无损耗光纤，在2θc内的入射光都能 在光纤中传输。NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤 抗弯曲性能越好。但NA越大，经光纤传输后产生的信号崎 变越大，色散带宽变差，限制了信息传输容量。
第二章光纤传输与导光原理
第二章光纤传输与导光原理2．1 光波的本质狭义地说，光是波长在380-780nm范围的可见光，但是，它又包含有红外线、紫外线，因此没有严格的界限。
广义地讲，光是波长较电波短，频率较电波高的一种电磁波的总称。
目前通信用光波是在近红外波和可见的红光波段，工作波长在λ＝0.80～1.65μm之间，或者说通信用光波的频率更高f＝1014～1015Hz。
所谓可见光是指人的眼睛可见的电磁波。
人的眼睛可以感受到较长波长的光，如七色光—红橙黄绿青蓝紫，在可见光中，人眼最易感受的是555nm的黄绿光。
绿色光的波长约为500nm，红色光的波长在700nm，紫色光的波长约为400nm，可见光波的范围在400nm—700nm 之间，波长小于380nm或大于780nm的光，无论光强度有多强，人的肉眼几乎不可能看得到。
红外线是比可见红光的波长更长，比电波波长更短的光之总称。
按照到可见光的排列顺序，可分为近红外线、红外线、远红外线三种。
近红外线是人眼不可见光中最常用的光，它的性质同可见光几乎无大的区别。
借助半导体材料（InGaAsP）、某些气体材料（CO2）或红宝石(α-Al2O3)可有效地发光、感光，广泛用于光通信领域；波长稍长的红外线，热作用最高，若利用黑体辐射，从远红外区到红外区范围的红外光将呈峰值效应，这种光对物质具有很强的穿透力，因此，多用于微波炉、取暖器等；远红外线到电波范围，电磁波中包含有许多分子的旋转运动、振动所对应的频率，这对材料结构与性能分析非常有用。
紫外线是比可见光中的紫光波长更短的波，是不可见光，具有很强的杀菌作用。
2.1.1光的波粒二象性光具有波粒二象性，即：波动性和粒子性。
如上所述，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，但黑体辐射、光电效应则证明光具有粒子性，所以既可以将光看成是一种电磁波，又可以将光看成是由光子组成的粒子流。
1．光的波动性光波在均匀透明介质中传播的电磁场分布形式可用麦克斯韦波动方程的弱导近似式波动方程描述：▽2H=[1/υ2][∂2H/2∂2t] （2-1-1）▽2E=[1/υ2][∂2E/2∂2t]式中：E—电场强度；H—磁场强度；υ—均匀介质的波数，υ=1/(ｎε0μ)1/2=1/(ｎк0)1/2▽2—二阶拉普拉斯算符。
光纤通信课后习题解答-第2章习题参考答案
第二章 光纤和光缆1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。
纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。
2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T 关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G .651光纤（渐变型多模光纤）、G.652光纤（常规单模光纤）、G.653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。
（2）阶跃型光纤的折射率分布 () 21⎩⎨⎧≥<=ar n ar n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=ar n a r a r n r n cm α 3．阶跃型光纤和渐变型光纤的数值孔径NA 是如何定义的？两者有何区别？它是用来衡量光纤什么的物理量？答：阶跃型光纤的数值孔径 2sin 10∆==n NA φ渐变型光纤的数值孔径 ()() 20-0s i n220∆===n n n NA c φ两者区别：阶跃型光纤的数值孔径是与纤芯和包层的折射率有关；而渐变型光纤的数值孔径只与纤芯内最大的折射率和包层的折射率有关。
数值孔径是衡量光纤的集光能力，即凡是入射到圆锥角φ0以内的所有光线都可以满足全反射条件，在芯包界面上发生全反射，从而将光线束缚在纤芯中沿轴向传播。
4．简述光纤的导光原理。
答：光纤之所以能够导光就是利用纤芯折射率略高于包层折射率的特点，使落于数值孔径角)内的光线都能收集在光纤中，并在芯包边界以内形成全反射，从而将光线限制在光纤中传播。
光纤与导光原理
cI /
n2
恒为常数。
这表明，光线角向运动速度将取决于光线 轨迹到纤轴距离r: 在最大的r处光线转动最 慢；在最小的r处光线转动最快。
倾斜光线限制在内外散焦面之间传播。
不同角度入射的螺旋光线将不会聚焦在一 点，有群时延存在。
r ic
内焦平面
r 外焦平面 ip
角向运动特点
径向运动特点
对于相同r值，dr/dz可正可负,且r在z1和 z2处分别达到最大和最小(dr/dz＝0)，因 此，r－z关系曲线关于z1和z2对称并呈周 期性振荡。
偏振波而且径向对称；HE模是线性偏振模；EH模则 是椭圆偏振模(图2-9)。其中HE模偏振旋转方向与 波行进方向一致(符合右手定则),EH模偏振旋转方 向则与光波行进方向相反;
场强关系: EH模中电场占优势,而HE模中磁场占
由此,本征值方程又叫色散方程。
n1
k0
n2
n1~n2 2
HE11
TE01 TM01
EH11 HE12
HE21
HE31 4
EH21 HE41 TE02
HE22 TM02
6V
色散曲线分析
图中每一条曲线都相应于一个导模。 平行于纵轴的竖线与色散曲线的交点数就是 光纤中允许存在的导模数。由交点的纵坐标 可求出相应导模的传播常数β。
分离变量: EzR (r)()Z(z)
场解的选取
依据：
导模场分布特点:在空间各点均为有限值; 在 芯区为振荡形式;在包层则为衰减形式;导模场 在无限远处趋于零。 贝塞尔函数特征: Jm呈振荡形式, Km则为衰减 形式。
本征解选取: 在纤芯中选取贝赛尔函数Jm； 在包层中选取变形的汉克尔函数Km.
J0 J1
光纤的导光原理
光纤的导光原理
光纤的导光原理是基于全反射现象的。
全反射是光线从光密介质射向光疏介质时发生的现象，当入射角大于临界角时，光线将完全反射回原介质中，不会发生折射。
光纤由一个中心的光导芯和包围其外部的光护套组成。
光导芯通常由高折射率的材料制成，而光护套由低折射率的材料制成。
当光线进入光导芯时，由于光导芯的折射率高于光护套，光线会在界面上发生全反射。
光线在光导芯内部沿着弯曲的路径传输。
这是因为当光线到达光纤弯曲处时，其入射角将超过临界角，从而发生全反射并沿着弯曲的路径继续传播。
因此，光纤能够在弯曲、弯折和弯曲的路径上有效地传输光线。
为了增强光纤的导光效果，光导芯通常被包裹在折射率较低的光护套中。
光护套的主要作用是减小光线发生泄漏和损耗。
通过选择合适的折射率差和尺寸，可以使光线在光导芯和光护套之间形成有效的全反射条件，从而提高光纤的导光效率。
光纤的导光原理使得它们在通信和光学传感器等领域得到了广泛应用。
其高速率、大带宽和抗干扰能力使其成为现代通信系统的理想选择。
同时，光纤的小尺寸和灵活性使其适用于各种环境和应用场景。
最新第2章光纤传输原理及特性PPT课件
（4）Ey的标量解
整理变为：
R (r)Jm [n21k20 2]1/2r
R (r)K m [2 n 22k20]1 /2r
ra
ra
E y 1 e jzcm oA s 1 Jm (U /a )r
E y2ejzcm oA s2K m (W /a)r
r≤ a
r≥ a
(2.16)
利用光纤的边界条件可确定式中的常数。首先根据边界条件找
出 A1, A2 之 间 的 关 系 。 在 r=a 处 ， 因 ， 可 得
A1Jm(U)=A2Km(W)=A，将此式代人（2.16）式中，得：得
E y 1 A jze cm oJ m s(U /a )/r J m (U ) r≤ a E y 2 A jze cm oK s m (U /a )/r K m (U ) r≥ a
以m=0的LP0n模为例，其场沿r 方向变化为： R (r)J0(U r/ a )
•LP01模，U=μ01=2.405, R (r)J0(2.40 r/a 5 ) ,在r=0处,R(r)=1而在r=a 处, R (r)J0(2.4)00 5
沿变化如图4-12
•LP02模，U=μ02=5.5201, R (r)J0(5.5r2/a)1 在r=0处,R(r)=1,而在r=a 处, R (r)J0(5.5)20 1 在r=0.4357a处, R (r)J0(2.4)00 5沿r的变化
φα为什么是最大接收角? (2)数值孔径NA(Numerical Aperture) NA的定义? NA=sinφα 物理意义: NA大小反映了光纤捕捉 线的能力.
NA=sinφα=?
NA的表达示
图2.12 光线在阶跃光纤中传播
因为n0n s:1 inc φαo =c n1n s1 s in1 ( 90s 0-2 θicc )=n nn 11 co1 s θn n c,2 2 1 2n s2 1 in cn 2 2 nn12
第二章_光纤传输理论及传输特性(2011)
按缆芯结构
中心束管、层绞、骨架和带状
按加强件和护层
金属加强件、非金属加强、铠装
按使用场合
长途/室外、室内、水下/海底等
按敷设方式
架空、管道、直埋和水下
19
光缆的结构（成缆方式）
层绞式 骨架式 中心束管式 带状式
20
光缆结构示意图
层绞式
中心束管式
带状式
纤芯直径(um) 包层直径(um) 材料 二氧化硅 二氧化硅 二氧化硅 二氧化硅 二氧化硅
A1a
A1b A1c A1d A2a A2b A2c A3a A3b A3c A4a A4b A4c
50
62.5 85 100 100 200 200 200 200 200 980-990 730-740 480-490
21
松套层绞3
金属加强自承式光缆
24
微束管室内室外光缆*
微束管室内室外光缆适合大楼和多层住宅楼的管道引入使用，适合室 内和室外两种环境，芯数一般为12～32。微束管松套光纤为半干式结构， 便于室内光缆分支和施工。
25
分支型室内布线光缆*
分支型室内布线光缆采 用单芯子单元光缆结构，适 合在大楼竖井内中长距离上 的多处分纤终端，每条光缆 子单元均可用现场连接器直 接与终端相连接。光缆为全 介质结构，具有优良的防火 阻燃性能。抗拉强度和防火 等级满足室内垂直/水平布线 光缆的等级要求。芯数有 4/6/8/12/24多种。 与分支型室内布线光缆类似，还有一种束状室内布线光缆，使用 0.9mm紧套光纤，干式结构，纤芯密度高，重量轻。
光纤通信与数字传输
南京邮电大学
通信与信息工程学院
第二章 光纤传输理论及传输特性
光纤的导光原理是什么
光纤的导光原理是什么
光纤是一种能够将光信号传输的特殊导光材料，它的导光原理是通过光的全反射来实现的。
光纤的导光原理是基于光在介质中传播时发生全反射的物理现象，而光纤的核心部分则是利用高折射率的材料包裹在低折射率的材料中，从而实现光信号的传输。
下面将详细介绍光纤的导光原理。
首先，光的全反射是指光线从光密介质射向光疏介质时，当入射角大于临界角时，光线将完全反射回光密介质中，不会发生透射现象。
这种全反射的现象使得光线能够在光纤中来回传输，实现光信号的传输功能。
其次，光纤的核心部分是由高折射率的材料构成的，而外部包裹着低折射率的材料。
这种结构使得光线在传输过程中会发生全反射现象，从而能够一直保持在光纤的内部，不会发生损耗和泄漏。
另外，光纤的导光原理还涉及到光的入射角和临界角的关系。
当光线以大于临界角的入射角射入光纤时，光线将会完全反射回光纤内部，而不会发生漏光现象。
这种特性使得光纤能够实现长距离的光信号传输，而不会受到太大的衰减和损耗。
总的来说，光纤的导光原理是基于光的全反射现象，利用高折射率的核心材料和低折射率的包层材料构成的特殊结构，使得光线能够在光纤中高效地传输。
这种原理使得光纤在通信、传感和医疗等领域都有着广泛的应用，成为现代科技中不可或缺的重要组成部分。
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第二章光纤传输与导光原理2．1 光波的本质狭义地说，光是波长在380-780nm范围的可见光，但是，它又包含有红外线、紫外线，因此没有严格的界限。
广义地讲，光是波长较电波短，频率较电波高的一种电磁波的总称。
目前通信用光波是在近红外波和可见的红光波段，工作波长在λ＝0.80～1.65μm之间，或者说通信用光波的频率更高f＝1014～1015Hz。
所谓可见光是指人的眼睛可见的电磁波。
人的眼睛可以感受到较长波长的光，如七色光—红橙黄绿青蓝紫，在可见光中，人眼最易感受的是555nm的黄绿光。
绿色光的波长约为500nm，红色光的波长在700nm，紫色光的波长约为400nm，可见光波的范围在400nm—700nm 之间，波长小于380nm或大于780nm的光，无论光强度有多强，人的肉眼几乎不可能看得到。
红外线是比可见红光的波长更长，比电波波长更短的光之总称。
按照到可见光的排列顺序，可分为近红外线、红外线、远红外线三种。
近红外线是人眼不可见光中最常用的光，它的性质同可见光几乎无大的区别。
借助半导体材料（InGaAsP）、某些气体材料（CO2）或红宝石(α-Al2O3)可有效地发光、感光，广泛用于光通信领域；波长稍长的红外线，热作用最高，若利用黑体辐射，从远红外区到红外区范围的红外光将呈峰值效应，这种光对物质具有很强的穿透力，因此，多用于微波炉、取暖器等；远红外线到电波范围，电磁波中包含有许多分子的旋转运动、振动所对应的频率，这对材料结构与性能分析非常有用。
紫外线是比可见光中的紫光波长更短的波，是不可见光，具有很强的杀菌作用。
2.1.1光的波粒二象性光具有波粒二象性，即：波动性和粒子性。
如上所述，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，但黑体辐射、光电效应则证明光具有粒子性，所以既可以将光看成是一种电磁波，又可以将光看成是由光子组成的粒子流。
1．光的波动性光波在均匀透明介质中传播的电磁场分布形式可用麦克斯韦波动方程的弱导近似式波动方程描述：▽2H=[1/υ2][∂2H/2∂2t] （2-1-1）▽2E=[1/υ2][∂2E/2∂2t]式中：E—电场强度；H—磁场强度；υ—均匀介质的波数，υ=1/(ｎε0μ)1/2=1/(ｎк0)1/2▽2—二阶拉普拉斯算符。
2．光的粒子性光是一种电磁波，用波动理论的观点可以正确地解释许多光学现象。
但是像“光电效应”这种光学现象就不能用波动理论去解释。
为了正确地解释光电效应现象，1905年爱因斯坦提出了光子假说并得到证实：光是一种以光速运动的粒子流，这些粒子称为光子，或称为光量子。
如果电子或原子从一个较高的能级E2跃迁到一个低能级E1时，两个能级间将存在着一个能量差Eg=E2-E1,这个能量差将以量子的能量形式释放，一个量子的能量称为光子。
像所有运动的粒子一样，光也可以产生压力和引起粒子旋转。
所以光可以用粒子数来描述。
光的能量集中在光子之中。
光子具有一定的频率，单频率光称为单色光，单色光的最小单位是光子。
一个光子的能量可以用波尔能量方程描述：⨯（2-1-3）Eg=hν或ρ=h/λ (2-1-4) 式中：h—普朗克系数，6.626X10-34J·S；υ—光频；Eg—光子的能量；ρ—光子的动量。
式（2-1-3）和(2-1-4)表示光的波动性参量υ、λ，与粒子性参量Eg、ρ间的关系。
光子能量也可以用爱因斯坦能量方程描述：Eg=mc2 (2-1-5) 式中：m—光子质量;c—光速,C=1/[ε0εμ0]1/2；ε0—真空介电常数；ε—介质介电常数；μ0—真空磁导率。
将光波的波长λ、频率f(υ)和波速V间的关系与（2-1-3）（2-1-4）、（2-1-5）联系并代入整理有：⨯=hC/λ=mc2Eg=hνm=hυ/c2 (2-1-6) υ=mc2/h (2-1-7) λ=h/mc (2-1-8) 光子概念的提出意义是深刻的，它使人们对光的本质有了更进一步的认识，光不仅具有波动性，而且还具有粒子性，即光具有波粒二像性。
例2-1-1：现有一个氦氖激光二极管，其发出的光是波长在630nm的美丽红光，请问一个光子的能量是多大？质量是多少？若光能量为1mw,光源每秒可发射多少个光子？解：一个波长为630nm光子的能量为：⨯=hC/λ=(6.625X10-34X3X108)/630X10-9=3.15X10-19JEg=hν一个波长为630 nm光子的质量：∵Eg=mc2∴m=Eg/C2 =3.15X10-19/9X1016=3.5X10-28kg=3.5X10-25g总能量：Et=PXt=1X10-3X1=1X10-3J光子的数量：Et=EgXNN=Et/Eg=(1X10-3)/(3.15X10-19)=3.17X1015（个）相当于3.17千万亿个光子。
由此可知，一个光子所携带的能量非常小，而一束光是由一个拥有巨大光子数的光源发射得到的。
例2-1-2 ：如采用InGaAsP型半导体发光二极管作光源，其具有的能级距离是0.75eV,试问它可以发出什么色彩的光？（1eV=1.602X10-19J）解：首先将单位统一：Eg=0.75X1.602X10-19=1.2X10-19J⨯=hC/λ∵ Eg=hν∴λ=hC/Eg=3X108X6.625X10-34/1.2X10-19=16.5X10-7m=1650nm所以发出的光是不可见光，是近红外光。
2.1.2均匀介质中的光波激光是光波的一种形式，它与自然光比具有更好的方向性和高的干涉性，是一种相干光。
光波的各种性质全部适用于激光。
相速度根据电磁场理论可知，当电磁波在介质中传输时，电场和它产生的偶极子的相互作用程度可用相对介电常数εr表示。
相速度定义为当电磁波在相对介电常数为εr的非磁电介质中传播的速度。
相速度可表示为：V=1/√εrε0μ0（2-1-12）相速度只代表电磁波的相位变化速度，并不代表电磁波能量传播的速度，因此又可以将相速度理解为电磁波中恒定相位点推进的速度。
V=dZ/dt=ω/β（2-1-13）相速度可以与频率有关，也可以与频率无关，仅取决于相位常数β。
介质折射率：介质折射率定义为光在自由空间的传播速度C与它在介质中的传播相速度V之比。
n=C/V=√εr （2-1-14）由式（2-1-13）可知介质折射率n与材料的相对介电常数εr有关。
由于光在密集介质中传输更慢，密集介质具有较大的介质折射率。
在非晶体材料中，如玻璃，材料结构具有各向同性，n与方向无关。
在晶体中，原子的排列和原子间的结合在不同的方向互不相同，这种晶体（除立方晶系外）具有各向异性的特性。
相对介电常数εr在不同的晶体方向上各不相同，因此介质折射率n在不同晶体方向也互不相同。
n x=√εrx （2-1-15）此时电磁波传输的相速度可表示为：V x=C/n x（2-1-16）群速度：实际工程应用中，很难存在纯的单色光。
设有两个振幅为Am光波，它们的频率分别为ω+Δω和ω-Δω，在色散系统中传播的相位常数相差不大，可以用以下两式表示这两个波：E1=Eme j(ω+Δω)t e-j(β+Δβ)ZE2=Eme j(ω-Δω)t e-j(β-Δβ)Z（2-1-17）合成波可表示为：E=2 E m cos(Δωt-ΔβZ)e j(ωt-βZ)（2-1-18）两者相互作用的结果是产生一个光包络，即一个以中心频率ω的振荡场，其幅度被频率为Δω的低频电场调制，称为包络波（图2-1-3虚线）。
群速度定义为包络波上某一恒定相位点推进的速度。
它代表信号能量传播的速度。
若已知包络波为2A m cos(Δωt-ΔβZ)，它的群速度应为：Vg=dZ/dt=Δω/Δβ（2-1-19）当Δω<<ω时，上式可变为：Vg=dω/dβ=1/[dβ/dω（2-1-20）利用（2-1-9）式，Vg=dω/dβ=d(Vβ)/dβ=V+βdV/dβ=V+ω/V(dV/dω)Vg由此可得:Vg=V/[1-ω/V(dV/dω)] （2-1-21）当相速度不随频率变化时，dV/dω=0，Vg=V，群速度等于相速度。
群折射率：玻璃材料中，折射率是波长的函数，即n=n(λ),相速度V与波长λ或传播常数β有关，V=C/n(λ)，β=2π/λ则光波在介质中的群速度可表示为：Vg=dω/dβ=C/(n-λdn/dλ) （2-1-22）令Ng=n-λdn/dλ,有：Vg=C/Ng （2-1-23）定义Ng为介质的群折射率，它表示不同介质对群速度的影响2.1.3光在均匀介质中的反射与折射特性光波是电磁波又是由光子组成的粒子流。
光波在空间是沿着直线传播的。
当光波遇到两种不同介质的交界面时会发生反射和折射现象并遵循斯奈尔定律。
21θ1=θ 2 （2-1-24）２．斯奈尔折射定律:入射光在两种介质的界面发生折射时，折射光线位于入射光线和法线NN’所决定的平面内,折射光线和入射光线分居法线的两侧,入射角θ1和折射角Φ2有这样的关系: n1sinθ1=n2sinΦ2或sinθ1/sinΦ2=n2/n1 （2-1-25）光产生折射的原因是由于光波在两种介质（n1，n2）中的传播速度发生了变化.假设:光在第一种介质中的传播速度为v1,在第二种介质中的传播速度v2,由式（2-1-12）可得：n1/n2=v2/v1（2-1-26）由式（2-1-25）可得：sinθ1/sinΦ2=v1/v2 （2-1-27）当光线从折射率大的介质进入折射率小的介质时，根据折射理论，折射角将大于入射角，当入射角θ1增大时，折射角也随之增大。
当入射角增大到某一角度θC时，折射角Φ2=900，折射角为900 时，对应的入射角θ1称为临界角θC。
这时折射定律变为：sinθC/sin900=n1/n2sinθC=n2/n1（2-1-28）当入射角θ1大于临界角θC时，即θ1>θC时，光由两种介质的界面按θ2=θ1的角度全部反射回第一种介质中，这种现象称为光的全反射。
光的全反射的物理概念可这样解释：当入射角θ1趋近临界角θC时，折射光的强度逐渐减弱，反射光的强度逐渐增大；当入射角θ1以非常接近于临界角θC时，折射光的强度非常弱，反射光的强度接近于入射光的强度；当入射角θ1大于临界角θC时，折射光消失，全反射发生，光能全部被反射回第一种介质中。
必须指出，只有当光从折射率大的介质入射到折射率小的介质时，才能产生全反射。
例如：当光从玻璃入射到空气时能产生全反射，而当光从折射率小的空气入射到折射率大的玻璃时，就不能产生全反射现象。
古斯—汉森位移在实际中，光的全反射现象是否如理论分析的那样？为验证这一结论正确与否，古斯和汉森两人在实验室作了一个非常精确的实验，他们精确的测定出反射光线的位置，发现情况并不是简单射线光学预见的那样，而是沿Z方向产生了一个位移ΔZ，反射平面变成了在稀？介质中的虚平面，如图2-1-7所示。