Uvažujme, že optické záření dopadá na rozhraní dvou prostředí (světlo se šíří v prvním prostředí a odráží se na rozhraní obou prostředí). Světlo, které se naváže do druhého prostředí, se bude lámat. Velikosti úhlů vztažených ke směru šíření paprsku, jeho zalomení a odrazu, jsou znázorněny na Obr. 2.
Úhel dopadu, φ1, je roven úhlu odrazu φ3.
Refrakce (zalomení paprsku) je změna směru šíření optického paprsku po přechodu z jednoho prostředí do jiného prostředí, které se vyznačuje jinou hodnotou indexu lomu, n.
Snellův zákon uvádí vztah mezi sinem úhlu dopadu a sinem úhlu zalomení, se zohledněním hodnot indexu lomu obou přenosových prostředí:
Pro úhel větší než kritický úhel lze pozorovat jev úplného vnitřního odrazu: TIR (angl. total internal reflection) [5]. Tento kritický úhel, φ1c , platí pro φ2 = 90º.
Uvažujme dopad optického paprsku na rozhraní dvou prostředí pro libovolný úhel, který je větší než uvažovaný kritický úhel. V tomto případě paprsek neprojde do druhého prostředí vůbec a bude odražen zpátky do prvního přenosového media. Tento jev je známý jako TIR a uplatňuje se u klasických vlnovodů, jakým je např. optické vlákno, viz na Obr. 3.
Světlo se šíří přenosovým mediem různou rychlostí na různých frekvencích. Index lomu je funkcí vlnové délky. Z toho důvodu vykazuje přenosové medium disperzi.
Útlum je chápán jako ztráta optického výkonu. Hlavním zdrojem útlumu je absorpce a rozptyl, které způsobují ztrátu energie ve směru šíření. Měrný útlum: pokles výkonu v jednotkách dB vztažený k délce vlákna. Závisí na vlnové délce signálu šířícího se podél vlákna. Koeficient útlumu, α, lze popsat následující rovnicí:
kde P(0) je počáteční výkon (nebo vstupní, dopadající výkon), P(L) je výkon na vzdálenosti L od místa, pro které platí počáteční výkon.
Uvažujme světelný paprsek v přenosovém médiu, které má index lomu n1 = 1,44. Paprsek dopadá na další prostředí, které se vyznačuje indexem lomu n2 = 1,4. Vlnová délka světla je 1,1 µm.
Vypočítejte úhel dopadu, pro který nastane jev TIR.
Snellův zákon:
Kritický úhel, φ1c , lze pozorovat pro φ2 = 90 º, tedy