光波导原理：CH1 折射率_
第一章光波导基本理论
思考：光在1、2和1、3表面全反射时分别产生了一 个附加相位，为什么？
tan
12
p
tan
13
q
思考：全反射时相位是否会发生改变？
入射角对反射系数相位的影响
光疏光密
光密光疏
思考：全反射时发生的 相位变化大小怎么求？
只要想到反射折射的大小变化，首先 想到菲涅尔公式
rTE(或 rs)=n n1 1c co oss1 1 n n2 2c co oss2 2 代 入 折 射 定 律 n 1 s in 1 n 2 s in 2
13
q
思考：该方程中各字母的物理意义
是相位 的单位
1、2界面 反射时产 生的相位
K为x方向的 波矢
2 h 2 m 2 1 2 2 1 3
1、3界面 反射时产 生的相位
从射线光学角度重新分析 TE偏振的本征方程
2 h 2 m 2 1 2 2 1 3 ,m 0 , 1 ,2 . . .
估 算 h的 值
h 1 .8 7 6 1 c o s
思考：波导芯层厚 度对解的数量有什 么影响？
思考：波导芯层折
射率n1对解的数量 有什么影响？
思考：解的数量还和什
hk0n1hcos 么因素有关？
还需满足解出的θ大于临界角
sin c
n2 n1
影响平板波导本征解数量的因素
对一个多模波导或光纤，你是否 能辨别出每个模式？
线性独立本征解的线性叠加
从量子力学的角度来看平板波导对光的束缚
Helmholtz equation:
[ 2 x k 0 2 n 22]U (x) 0
光波导原理
☆ ☆ ☆
光的折射 光的全反射 光波导
光波导理论
光波导 (optical wave guide)是使光传播在特 是 地制造的介质内的过程 也可以说给光导路过程。 的过程， 给光导路过程 地制造的介质内的过程，也可以说给光导路过程。
是按我们的指导下传 导波光 (guided wave) 是按我们的指导下传 的光。 播的光。
光波导
虚线和实线
光波导
折射率渐变性光波导 K+离子交换光波导中广的实际传播方式 :
1.51 0 折射率 1 1.52
厚度(µm)
谢谢大家！ 谢谢大家！
光的折射
光的折射现象
光的折射
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
空气 i n1 n2 r 玻璃 r r’ i’ i
光的折射
从折射率大的介质（玻利） 从折射率大的介质（玻利）到折射率小的介 空气）中时，折射角比入射角大。 质（空气）中时，折射角比入射角大。 如果入射角更大，则折射角可以达到90◦，也 如果入射角更大，则折射角可以达到 可能消失。这时只出现反射光，这种现象叫做光 可能消失。这时只出现反射光， 的全反射。 的全反射。
光波导 nc=1.00 nf>nc nf>ns
nc nf
d=1~2µm
包层 导波层
ns
衬底
光波导
在导波层和包层界面上， 在导波层和包层界面上，因为折射率比例 大可容易达到全反射目的。 大可容易达到全反射目的。但是导波层和衬底 的折射率比例小，衬底内出现折射光。 的折射率比例小，衬底内出现折射光。如果入 射角角度小，光在整个玻璃片内传播， 射角角度小，光在整个玻璃片内传播，入射角 达到一定角度时光在导波层内传播。 达到一定角度时光在导波层内传播。
光波导原理及器件简介
包层n 2 芯区n 1 图1. 三层平面介质波导 图2. 矩形波导 图3. 圆光波导图4. 椭圆光波导光波导原理及器件简介摘要：20世纪60年代激光器的出现，导致了半导体电子学、导波光学、非线性光学等一系列新学科的涌现。
20世纪70年代，由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，导致了以光导纤维通信、光信息处理、光纤传感、光信息存储与显示等为代表的光信息科学技术的蓬勃发展，而导波光学理论是光通信技术的基础，同时也是集成光学、光纤传感等学科的基础。
本文简述了光波导的原理，并着重介绍光波导开关。
关键词：光波导，波导光学，平面光波导，光波导开光1.引言1.1光波导的概念波导光学是一门研究光波导中光传输特性及其应用的学科。
以光的电磁理论和介质光学特性的理论为基础，研究光波导的传光理论、调制技术及光波导器件的制作与应用技术。
导波光学系统是由光源、光波导器件、耦合器、光调制器及光探测器等组成的光路系统。
光波导是将光波限制在特定介质内部或其表面附近进行传输的导光通道。
简单的说就是约束光波传输的媒介，又称介质光波导。
介质光波导的三要素是：“芯/包”结构，凸形折射率分布（n1>n2），低传输损耗。
光波导常用材料有：LiNbO3、Si 基（SiO2、SOI ）、Ⅲ-Ⅴ族半导体、聚合物等。
1.2光波导的分类按几何结构分类，光波导可分为：平面（平板）介质波导，矩形（条形）介质波导，圆和非圆介质波导。
按波导折射率在空间的分布分类，光波导可分为：非线性光波导（n=n(x,y,z,E)），线性光波导（n=n(x,y,z)）。
线性光波导又可分为：纵向均匀（正规）光波导（n=n(x,y)），纵向均匀（正规）光波导（n=n(x,y)）。
2.光波导的原理简介一种为大家所熟知的介质光波导就是通常具有圆形截面的光导纤维，简称为光纤。
然而，集成光学所注重的光波导往往是平面薄膜所构成的平板波导和条形波导，这里，我只讨论平面光波导。
最简单的平板波导由三层材料所构成，中间一层是折射率为 n1的波导薄膜，它沉积在折射率为 n2的基底上，薄膜上面是折射率为 n3的覆盖层，一般都为空气。
光波导的理论以及制备方法介绍
光波导的理论以及制备方法介绍摘要由光透明介质(如石英玻璃)构成的传输光频电磁波的导行结构。
光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。
光波导的研究条件与当前科技的飞速发展是密不可分的，随着技术的发展，新的制备方法不断产生，从而形成了各种各样的制备方法，如离子注入法、外延生长法、化学气相沉淀法、溅射法、溶胶凝胶法等。
重点介绍离子注入法。
光波导简介如图所示为光波导结构图表1光波导结构如图中共有三层平面相层叠的光学介质，其对应折射率n0,n1,n2。
其中白色曲折线表示光的传播路径形式。
可以看出，这是依靠全反射原理使光线限制在一层薄薄的介质中传播，这就是光波导的基本原理。
为了形成全反射，图中要求n1>n0,n2。
一般来讲，被限制的方向微米量级的尺度。
图表2光波导模型如图2所示，选择适当的角度θ（为了有更好的选择空间，一般可以通过调整三层介质的折射率来取得合适的取值），则可以将光线限制在波导区域传播。
光波导具有的特点光波导可以用于限制光线传播光路，由于本身其尺寸在微米量级，就使得其有很多较好的特点：（1）光密度大大增强光波导的尺寸量级是微米量级，这样就使得光斑从平方毫米尺度到平方微米尺度光密度增大104—106倍。
（2）光的衍射被限制从前面可以看出，图示的光波导已经将光波限制在平面区域内，后面会提到稍微变动一下技术就可以做成条形光波导了，这样就把光波限制在一维条形区域传播，这就限制了光波的衍射，有一维限制（一个方向），二维限制（两个方向）区分（注：此处“一维”与“二维”的说法并不是专业术语，仅仅指光的传播方向的空间自由度，不与此研究专业领域的说法相混同）。
（3）微型元件集成化微米量级的尺寸集成度高，相应的成本降低（4）某些特性最优化非线性倍频阈值降低，波导激光阈值降低综上所述，光波导本身的尺寸优势使得其有很好的研究前景以及广泛的应用范围。
光波导的分类一般来讲，光波导可以分为以下几个大类别：图表3平面波导（planar）图表4光纤（fiber）图表5条形波导（channel）图表6脊型波导（ridge）上面介绍了几大类光波导形式，实际上这只是基本的几种形式，每一种都可以加以变化以适应不同环境及应用的需求。
光在介质中传播的折射率_解释说明以及概述
光在介质中传播的折射率解释说明以及概述1. 引言1.1 概述光的传播和折射现象一直是人们感兴趣的研究领域。
当光线从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的不同特性，光线会发生折射现象。
折射率是描述介质对光的传播速度变化的重要物理量，它在光学和其他领域中具有广泛应用。
1.2 文章结构本文将依次介绍光的传播与折射现象、折射率的定义与计算方法、影响折射率的因素和规律以及折射率在各个领域中的应用。
通过对这些内容进行探讨和分析，我们可以更好地理解和应用折射率这一概念。
1.3 目的本文旨在深入说明介质中光的传播过程以及其与折射现象之间的关系，并详细解释什么是折射率以及如何计算它。
同时，我们也将探讨影响折射率的各种因素和规律，并阐述在不同领域中应用折射率所带来的重要性和应用价值。
通过本文对光在介质中传播的折射率进行解释和概述，读者将能够加深对该理论知识的理解，并了解到折射率在光学、地球科学和生物医学领域中的实际应用。
2. 光的传播与折射现象2.1 光的传播介质光是一种电磁波，在传播过程中需要介质来支撑和传导。
光可以在空气、水、玻璃等透明介质中传播，但无法在真空或不透明物质中传播。
2.2 光的直线传播当光在同种介质中传播时，它会沿着一条直线路径前进，这被称为光的直线传播。
在这种情况下，光的速度和方向保持不变。
2.3 光的折射现象当光从一个介质进入到另一个具有不同折射率的介质中时，它会发生偏折现象，这被称为光的折射。
在折射过程中，光线改变了传播方向，并且其速度也可能发生变化。
根据斯涅尔定律（Snell's Law），我们可以计算出入射角和折射角之间的关系。
斯涅尔定律表达式如下：\[ \frac{{\sin(\theta_1)}}{{\sin(\theta_2)}} = \frac{{n_2}}{{n_1}} \]其中，$\theta_1$是入射角，$\theta_2$是折射角，$n_1$和$n_2$分别是入射介质和折射介质的折射率。
ch1激光的基本原理
f2 f1
1-2光的受激辐射基本概念
1-3光的受激辐射放大
一、光放大概念的产生
普通光源的相干性限制，我们来分析黑体辐射源的光子简并度
n E
h
1
h
e KT 1
在室温T＝300K的情况下，
对 30cm
的微波： n 103
60m 0.6m
n 1 n 1035
1m n 1
T＝50000K
1-2光的受激辐射基本概念
一、黑体辐射的普朗克公式
黑体辐射是黑体温度T和辐射场 频率ν的函数，并用单色能量密
度 描述。 定义为：在单位
体积内，频率处于ν附近的单位 频率间隔中的电磁辐射能量。其 量纲为[焦耳·米3 ·秒]。
表述为：在温度T的热平衡下，黑体辐射分配到腔内每个
模式上的平均能量为
h
E h
一个光波模在相空间也占有一个相格。因此，一个光波 模等效于一个光于态。
1-1相干性的光子描述
三、光子的相干性 在一般情况下，光的相干性理解为：在不同的空间点
上、在不同的时刻的光波场的某些特性(例如光波场的相位) 的相关性。在相干性的经典理论中引入光场的相干函数作 为相干性的度量。
作为相干性的一种粗略描述，常常使用相干体积的概 念。如果在空间体积Ｖ内各点的光波场都具有明显的相干 性，则Ｖ称为相干体积。又可表示为垂直于光传播方向的 截面上的相干面积，和沿传播方向的相干长度的乘积
e kbT 1
1-2光的受激辐射基本概念
n
N
Vd
8
c3
2
8
c3
2
h
h
e kbT 1
kb 1.38062 10 23 J K
二、受滋辐射和自发辐射概念
光纤通信与光波导
光纤通信与光波导光纤通信是一种利用光波导作为信息传输媒介的通信方式。
随着现代科技的不断发展和进步，光纤通信已经成为了现代通信领域中最重要和最广泛应用的技术之一。
本文就光纤通信与光波导的原理和应用进行深入探讨。
一、光纤通信的原理光纤通信的原理基于光纤这一特殊的传输媒介。
光纤是由高折射率的芯层和低折射率的包层组成，利用光在不同折射率介质中传播的原理来传输信息。
光纤通信的工作原理可以分为三个主要的步骤：发光、传输和接收。
1. 发光：通过激光器或发光二极管产生的光信号输入到光纤的一端。
这些光信号会以纤维中的全反射方式进行传输，不会因为折射发生损耗。
2. 传输：光信号在光纤内通过多次的全反射传输到达目标位置。
光纤内的芯层可以通过控制折射率的变化来改变光的传输速度，从而实现信息的调控和传输。
3. 接收：光纤的接收端会有相应的光电探测器将光信号转化为电信号，通过放大和解调等处理，将电信号恢复为原始信息。
二、光波导的应用光波导是指一种能够引导和传输光波的结构，其具有优异的光学特性，广泛应用于光通信和光电子领域。
1. 光纤通信：光波导主要应用于光纤通信系统中。
以光纤为传输介质的通信系统可以实现高带宽、大容量和远距离传输等优势。
光波导可以引导光波在光纤中传输，将光信号快速、高效地传送到目标地点。
2. 光传感器：光波导还可以用于构建各种类型的光传感器。
通过将特定材料引入光波导中，当外界条件发生改变时，如温度、压力、湿度等，光波导中的光的性质也会发生变化，从而实现对这些参数的监测和测量。
3. 光集成电路：光波导在光集成电路中也有广泛的应用。
通过在光波导上集成光放大器、光调制器、光探测器等光学器件，实现对光信号的快速处理和控制。
这种光集成电路具有体积小、功耗低、信号传输速度快等优势。
4. 光储存器件：光波导还可以用于光存储器件的构建。
通过将特定的材料引入光波导中，当光信号输入到光波导中时，光波导中的相应材料会发生光学非线性效应，从而实现对光信号的存储和调控。
光波导原理及器件简介
包层n 2 芯区n 1 图1. 三层平面介质波导 图2. 矩形波导 图3. 圆光波导图4. 椭圆光波导光波导原理及器件简介摘要：20世纪60年代激光器的出现，导致了半导体电子学、导波光学、非线性光学等一系列新学科的涌现。
20世纪70年代，由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，导致了以光导纤维通信、光信息处理、光纤传感、光信息存储与显示等为代表的光信息科学技术的蓬勃发展，而导波光学理论是光通信技术的基础，同时也是集成光学、光纤传感等学科的基础。
本文简述了光波导的原理，并着重介绍光波导开关。
关键词：光波导，波导光学，平面光波导，光波导开光1.引言1.1光波导的概念波导光学是一门研究光波导中光传输特性及其应用的学科。
以光的电磁理论和介质光学特性的理论为基础，研究光波导的传光理论、调制技术及光波导器件的制作与应用技术。
导波光学系统是由光源、光波导器件、耦合器、光调制器及光探测器等组成的光路系统。
光波导是将光波限制在特定介质内部或其表面附近进行传输的导光通道。
简单的说就是约束光波传输的媒介，又称介质光波导。
介质光波导的三要素是：“芯/包”结构，凸形折射率分布（n1>n2），低传输损耗。
光波导常用材料有：LiNbO3、Si 基（SiO2、SOI ）、Ⅲ-Ⅴ族半导体、聚合物等。
1.2光波导的分类按几何结构分类，光波导可分为：平面（平板）介质波导，矩形（条形）介质波导，圆和非圆介质波导。
按波导折射率在空间的分布分类，光波导可分为：非线性光波导（n=n(x,y,z,E)），线性光波导（n=n(x,y,z)）。
线性光波导又可分为：纵向均匀（正规）光波导（n=n(x,y)），纵向均匀（正规）光波导（n=n(x,y)）。
2.光波导的原理简介一种为大家所熟知的介质光波导就是通常具有圆形截面的光导纤维，简称为光纤。
然而，集成光学所注重的光波导往往是平面薄膜所构成的平板波导和条形波导，这里，我只讨论平面光波导。
最简单的平板波导由三层材料所构成，中间一层是折射率为 n1的波导薄膜，它沉积在折射率为 n2的基底上，薄膜上面是折射率为 n3的覆盖层，一般都为空气。
波导双折射效应
波导双折射效应
波导双折射效应是指当光在波导中传播时，由于介质的非线性性质，光的两个偏振态会发生不同的折射现象。
在波导中，光的传播速度和折射率受到电磁场的影响。
当电磁场的强度较弱时，折射率的变化较小，光的传播速度也没有明显的差异。
但当电磁场的强度较强时，折射率会发生明显的变化，从而导致光的传播速度和路径发生改变。
在波导双折射效应中，光的两个偏振态（也称为快轴和慢轴）会以不同的速度传播，从而引起光的相位差。
这个相位差会导致光的偏振状态发生变化，从而产生波导中的双折射现象。
具体来说，当光入射到波导中时，会发生光线的拆分，其中快轴和慢轴分别沿着波导的两个不同方向传播，形成两个不同的折射角。
波导双折射效应在光学器件中有着广泛的应用。
例如，在光通信中，波导双折射效应可以用来实现光偏振控制和调制，从而提高光通信系统的性能和稳定性。
此外，波导双折射效应还可以应用于光调制器、光波导耦合器等光学器件的设计和制备中。
光波导定义
光波导定义光波导是一种用于光通信和光传感的重要器件，它能够将光信号在其内部进行传输。
光波导通过光的全反射原理，将光束控制在其内部，使其在波导中沿着特定路径传输。
光波导由一个或多个具有不同折射率的材料层叠组成，常见的材料包括硅、玻璃和聚合物等。
光波导具有许多优点，例如低损耗、大带宽、高传输速率和抗电磁干扰等。
相比于传统的电缆传输方式，光波导具有更高的传输效率和更远的传输距离。
由于光波导的抗电磁干扰能力强，因此在高电磁干扰环境下，光波导能够更稳定地传输信号，提高通信质量。
光波导的工作原理是基于光在介质中的传播特性。
光束在传播过程中会发生折射和反射，当光束传播到介质边界时，如果入射角大于临界角，光束将会发生全反射，沿着介质内部传播。
通过控制光波导的结构和折射率，可以实现光的传输和控制。
在光波导中，光信号可以通过不同的传输模式进行传输。
常见的传输模式包括单模和多模。
单模光波导适用于长距离传输和高速通信，它只支持一个光模式的传输，具有较小的模式耦合损耗和色散。
多模光波导适用于短距离传输和低速通信，它支持多个光模式的传输，具有较大的模式耦合损耗和色散。
光波导的制备方法主要包括刻蚀法、离子交换法和激光写入法等。
刻蚀法是最常用的制备方法之一，通过先制备光波导芯片的模具，然后使用化学或物理方法将多层材料刻蚀成所需的波导结构。
离子交换法是另一种常用的制备方法，通过将金属离子置换到材料中，改变其折射率，从而形成波导结构。
激光写入法则是一种非接触式的制备方法，通过激光束的热效应将材料改变成波导结构。
光波导在光通信领域有着广泛的应用。
光纤通信系统中的光纤就是一种光波导，它能够将光信号在长距离内传输，实现高速、大容量的信息传输。
光波导还可以应用于光传感领域，例如光纤传感器、光波导生物传感器等，通过对光信号的变化进行测量和分析，实现对环境参数的检测和监测。
随着光通信和光传感技术的不断发展，光波导作为一种关键的器件，将继续发挥重要作用。
光波导理论渐变折射率平面波导导模分析
根据w的定义：
2 2 w 2 d 2 ( 2 k0 n2 )
导模：n2ko< < n1ko。(临界)截止， n2ko，即
w20
所以，(临界)截止特征方程
J 0 (2 ) 0
2 cos[z ] 利用Bessel函数渐近公式： J 0 ( z ) z 4 2 J ( 2 ) cos[ 2 ] 0 0 C C 截止方程 ( 2 C ) 4
所以，可以利用 (B)或(B’)的解，得到(A) 解。
光波导理论与技术
(B)或(B’) 解： 设： x
本征值 本征函数 或 归一化常数
En只有这样取值，才能保证本征函数解 在|x|时，取有限值】
/
n 0,1,2,3
x2
1 En ( n ) 2 2
n ( x) N ne
d 2 H x ( x) 2 2 2 [ n ( x ) k ]H x ( x ) 0 0 2 dx
光波导理论与技术
二、抛物型折射率分布波导导模场解 折射率分布
x 2 2 n1 [1 2 ( ) ] 2 n ( x) d 2 2 n n 1 [1 2 ] 2
2m 1
考虑“临界截止” n2 k 0 这时，
b
2 2 k02 n2
k (n n )
2 0 2 1 2 2
1
u2
2
0
u2 2
光波导理论与技术
而特征方程 所以，这时
u2 (2m 1)
2 (2m 1)
C (2m 1)
n1 > n2，2 >1 n2sin2 = n3sin3 n2 > n3，3 >2
了解光的折射和全反射率
显微镜和望远镜是典型的光学仪器，通过组合多个透镜或 反射镜，实现对微小物体或远距离物体的放大观察。
光纤通信技术基础
01 02
光纤的结构与传输原理
光纤由纤芯、包层和护套组成，利用全反射原理实现光信号的传输。当 光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角大于或等于临界角，光将发 生全反射，沿光纤传播。
自然现象
如海市蜃楼、沙漠蜃景等 ，由于大气密度分布不均 匀，使得光线发生全反射 ，形成虚幻的景象。
03
光的折射与全反射关系探 讨
折射与全反射联系
折射和全反射都是光在不同介质间传播时发生的现象。
当光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，这种现象叫做 光的折射。
当光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于或等于临界角时，光全部被 反射回原介质的现象叫做全反射。
实验步骤和操作
准备实验器材
包括光源、透明介质（如玻璃砖 ）、测角仪、望远镜等。
搭建实验装置
将光源、透明介质和测角仪依次 放置在同一直线上，调整望远镜 的高度和角度，使其能够清晰观
察到折射光线。
进行实验测量
打开光源，调整入射角度，观察 并记录折射光线的角度。逐渐增 大入射角，直到观察到全反射现 象，记录此时的入射角度为全反
射临界角。
数据记录和处理
数据记录
在实验过程中，需要记录不同入射角度下的折射光线角度以及全反射临界角的测量值。
数据处理
根据记录的数据，可以计算出透明介质的折射率和全反射临界角。折射率可以通过折射 定律（n1*sinθ1 = n2*sinθ2）求得，其中n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1和θ2 分别为入射角和折射角。全反射临界角可以通过公式θc = arcsin(1/n)求得，其中n为
第2章 光波导的理论基础
(2.2-20)
波矢量的标量形式
k k0n1 c / n1
(2.2-21)
由图2.4可知，若入射角为 i ，则波矢量的x分量和z分量 可写为：
长春理工大学
第2章 光波导的理论基础
kx k0n1 cosi
kz k0 n1 sin i 由此，薄膜中的波动场空间部分可写为： E (r ) E0 exp i k x x k z z
第2章 光波导的理论基础
2.1 光波导种类 2.2 光波导的射线光学理论 2.3 古斯-汉欣线移和有效厚度原理
2.4 光波导的电磁理论
第2章 光波导的理论基础
2.5 折射率突变波导的基本解 2.6 折射率渐变波导的基本解 2.7 条形波导的基本解
2.8 圆柱形介质光波导的基本解
第2章 光波导的理论基础
2 n12 n12 sin 2 i n2 2 n2 n1 cos i
(2.2-16) (2.2-17)
长春理工大学
第2章 光波导的理论基础
若令 k z k 0 n1 sin 1 则
tan TE
tan TM
2 k z2 k02 n2 k02 n12 k z2
2 n12 k z2 k02 n2
2 的整数倍。因为薄膜中相移为 2k x h ，覆盖层当中的相 移为 213 ，衬底当中的相移为 212 。因此，形成导模
的条件为：
即
2k x h 213 212 2m
k x h 13 12 m
(2.2-25) (2.2-26)
长春理工大学
第2章 光波导的理论基础
2.1 光波导种类
按光波导的形状、折射率分布，可分成不同的种类
折射率波长
折射率波长
介质对光的折射率是n=c/v，而光在介质中传播频率不变，速度与波长的关系是v=f*λ，于是得n=λc/λv，于是两个不同介质有n1/n2=λ2/λ1，既波长越大折射率越小。
折射率，光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比。
材料的折射率越高，使入射光发生折射的能力越强。
折射率越高，镜片越薄，即镜片中心厚度相同，相同度数同种材料，折射率高的比折射率低的镜片边缘更薄。
折射率与介质的电磁性质密切相关。
相关介绍：
光是能量的一种传播方式。
光源之所以发出光，是因为光源中原子、分子的运动，主要有三种方式:热运动、跃迁辐射(包括自发辐射和受激辐射)，以及物质内部带电粒子加速运动时所产生的光辐射。
前者为生活中最常见的，第二种多用于激光、第三种是同步辐射光与切伦科夫辐射的产生原理。
简言之，光是沿直线传播的，光的传播也不需要任何介质。
但是，光在介质中传播时，由于光受到介质的相互作用，其传播路径会发生偏折，产生反射与折射的现象。
另外，根据广义相对论，光在大质量物体附近传播时，由于受到该物体强引力场的影响，光的传播路径也会发生相应的偏折。