光学中著名的惠更斯-菲涅尔原理是从理论上分析衍射的基础，因而也必然是开腔问题的理论基础。开腔需要研究的就是从一个镜面上的场衍射到另一个镜面上的场，在经过了较多次数的周期后，就会形成自再现模。该原理的数学表述是菲涅尔-基尔霍夫衍射积分，他可以从普遍的电磁场理论推导出来。该积分公式表明，如果知道了光波场在其所达到的任意空间曲面上的振幅和相位分布，就可以求出该光波场在空间其它任何位置处的振幅和相位分布。
  我们知道曲面在空间的方程是：z=f(x,y)，那么空间曲面上的点就可以表示成：（x,y,f(x,y))。在空间的场可以表示成：u(x,y,z)，那么在曲面上的场就可以表示成：u(x,y,f(x,y))=u(x,y)。
  设已知空间任意曲面S上光波场的振幅和相位分布函数是u(x′,y′),这里(x′,y′)为S上点的坐标。则有下述关系：

               u(x,y)=(ik/4π)*∫∫u(x′,y′)*[exp(-ikρ）/ρ]*(1+cosθ)ds′              （1）
                               s

式中 ρ为源点(x′,y′)与观察点（x,y）之间连线的长度；θ为S面上点（x′,y′)处的法线n与上述连线之间的夹角；ds′为S面上点（x′,y′)处的面积元；k=2π/λ为波矢的模。
  积分沿整个S面进行。式（1）就是菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式。该式的意义可以这样来理解：观察点P处的场u(x,y)可以看作是S面上各子波源所发出的非均匀球面波的叠加。积分号下的因子（1+cosθ）表示球面子波是非均匀的。
  将上述积分公式应用到开腔的两个镜面上的场，则有

               u2(x,y)=(ik/4π)*∫∫u1(x′,y′)*[exp(-ikρ）/ρ]*(1+cosθ)ds′
                                s1

式中 u1(x′,y′)为镜面1上的场分布；u2(x,y)为由 u1(x′,y′)经腔内过渡一次后在镜面2上产生的场。
  积分对镜1的整个表面s1进行。这样，我们就将一个镜面上通过菲涅尔-基尔霍夫衍射积分与另一个面上的场联系起来。
  如果知道一个镜面的场的分布的解析式，我们就可以求得输出激光的行波场，上述显然是复数的方法，还需要变换成时域的表达方式，需要取复数的实部，同时加上ωt因子。