就像光纖一樣，均勻化柱狀導光管利用全內反射(TIR)，將光線從導光管入口透射到導光管出口。基片的折射率是影響導光管臨界角的*因素，該折射率定義全內反射發生時的接收角。導光管專為具備高數值孔徑、標準數值孔徑和低數值孔徑的光源設計，而如果所使用的基片相同，則接收角相同。

臨界角 (θc)可以通過使用方程式1計算得出。

在使用N-BK7導光管的情況下，587.9nm氦D線的折射率為1.517，θc為41°。若入射角大于θc，則會發生全內反射，光線會在導光管透射（圖1）。

由于光線以不同入射角進入導光管，則導光管內的光線反射角均不相同。 小入射角等于臨界角，在相同長度的導光管中，它比以大于臨界角許多倍的入射角進入的光線獲得更多反射（圖2）。

由于低數值孔徑光源的光線數量大于θc及大于高數值孔徑光源，因此低數值孔徑導光管長度長于高數值孔徑導光管，建議用于窄光束發散的光源。

注意： 導光管的設計不適用于平行激光光源。對于均勻化平行光源，建議使用微透鏡陣列或平頂激光光束整形器。導光管是發射非平行光的均勻化多色光源的理想選擇。

圖 1: 光導勻光棒全內反射（TIR）

圖 2: 小入射角比大入射角擁有更強的反射