До сих пор мы рассматривали распространение лучей, т.е. нормалей, к волне, не принимая во внимание фазу колебаний, по прозрачным световодам. Эти рассуждения справедливы для волокон большого диаметра, но не подходят для волокон диаметром, равным нескольким длинам волн. В этом случае уже нельзя пренебрегать волновыми явлениями.
Когда волна падает на входной торец изолированного цилиндра, она претерпевает дифракцию на входном торце волокна. Энергия, содержащаяся внутри «эффективного диаметра» волокна, распространяется вдоль цилиндра в виде дискретных мод, которые определяются диаметром волокна, его числовой апертурой и состоянием возбуждения. При распространении энергии вдоль волокна волна выходит за границу раздела «сердцевина – оболочка». Распределение энергии в этой волне зависит от моды, проходящей по волокну, диаметра волокна и его числовой апертуры. Предположим, что излучение может пройти по волокну; после френелевских отражений на входном торце и поглощения в материале волокна оно достигает торца волокна, где снова испытывает дифракцию на выходном торце, как и на диафрагме. Эти явления определяют количество энергии, выходящее из волокна, и угловое распределение амплитуды и фазы на выходе.
Если диаметр волокна больше нескольких длин волн (от 10 до 20l), то в первом приближении можно пренебречь дифракционными явлениями на обоих концах. Более того, волокна этих размеров могут содержать очень большое число мод, и обычно в немонохроматическом (например, белом) свете модовая структура не видна. В этих условиях простое геометрическое построение дает информацию об амплитуде и фазе волны в любой точке внутри волокна. Следовательно, наиболее важным явлением в толстых волокнах является распространение поверхностной волны. Понимание механизма этого явления существенно для обеспечения оптической изоляции совокупности близко расположенных волокон.
