Một sợi quang gồm có một lõi hình trụ được bao quanh bởi một lớp vỏ. Cả phần lõi và phần vỏ đều được làm chủ yếu từ silica (SiO2), có chỉ số khúc xạ xấp xỉ 1.45. Chỉ số khúc xạ của vật liệu là tỉ số tốc độ ánh sáng trong chân không so với tốc độ ánh sáng trong vật liệu đó. Trong quá trình sản xuất sợi, một số tạp chất nào đó được đưa vào trong lõi hoặc vỏ để cho chỉ số khúc xạ trong lõi hơi cao hơn của vỏ. Các nguyên liệu như germami hoặc photpho làm tăng chỉ số khúc xạ của cilica và được dùng làm chất thêm vào cho phần lõi, trong khi chất Bo hoặc Flo làm giảm chỉ số khúc xạ của cilica nên được dùng làm tạp chất cho lớp vỏ.
Ánh sáng có thể được xem như một chùm tia truyền theo những đường thẳng trong một môi trường và bị phản xạ hoặc khúc xạ ở bề mặt giữa hai vật liệu khác nhau. Hình 2.6 chỉ ra giao diện giữa hai môi trường có chỉ số khúc xạ là n1 và n2. Một tia sáng từ môi trường 1 tới mặt phân cách của môi trường 1 với môi trường 2. Góc tới là góc giữa tia tới và pháp tuyến với bề mặt chung giữa hai môi trường được biểu thị là θ1. Phần năng lượng bị phản xạ vào môi trường 1 là một tia phản xạ, phần còn lại đi xuyên qua môi trường 2 là một tia khúc xạ. Góc phản xạ θ1r là góc giữa tia phản xạ và pháp tuyến của giao diện; tương tự, góc khúc xạ θ2 là góc giữa tia khúc xạ và pháp tuyến θ1 = θ1.
Khi góc tới θ1 tăng lên, góc khúc xạ θ2 cũng tăng. Nếu θ2 = 900, thì thì sinθ1 = n2/n1. Lúc đó θ1 được gọi là góc tới hạn có giá trị θc = sin-1(n2/n1), với n1 > n2.
Với những giá trị θ2 > θc , sẽ không có tia khúc xạ, và tất cả năng lượng từ tia tới được phản xạ hết. Hiện tượng này được gọi là phản xạ toàn phần.
Hình 2.6: Sự phản xạ và khúc xạ các tia sáng tại mặt phân cách hai môi trường Như vậy điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần là:
Các tia sáng phải đi từ môi trường có chiết quang lớn sang môi trường có
chiết quang nhỏ hơn.
Góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc tới hạn.
Ánh sáng truyền trong sợi quang do hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra ở bề mặt giữa phần lõi và vỏ. Hình 2. mô tả ánh sáng được phép từ môi trường bên ngoài (không khí với chiết xuất n0) vào sợi.
Hình 2.7 : Ghép ánh sáng từ bên ngoài vào sợi quang