a1为纤芯半径 λ为光波波长 NA为光纤的数值孔径
例如，对于NA=0.12的光纤要在λ=1.3微米以上实现单模传输时，光纤纤芯的半径应为
微米
即其纤芯直径d1≤8.2微米方可。
由于单模光纤的纤芯直径非常细小，所以对其制造工艺提出了更苛刻的要 求。 3. 按工作波长分类──短波长光纤与长波长光纤 ① 短波长光纤
在光纤通信发展的初期，人们使用的光波之波长在0.6～0.9微米范围内（典型值为0.85微米），习惯上把在此波长范围内呈现低衰耗的光纤称作短波长光纤。短波长光纤属早期产品，目前很少采用。 ② 长波长光纤
后来随着研究工作的不断深入，人们发现在波长1.31微米和1.55微米附近，石英光纤的衰耗急剧下降如图5所示。不仅如此，而且在此波长范围内石英光纤的材料色散也大大减小。因此人们的研究工作又迅速转移，并研制出在此波长范围衰耗更低，带宽更宽的光纤，习惯上把工作在1.0～2.0微米波长范围的光纤称之为长波长光纤。 长波长光纤因具有衰耗低、带宽宽等优点，特别适用于长距离、大容量的光纤通信。
图
5 石英光纤的衰耗谱线
4. 按套塑类型分类──紧套光纤与松套光纤 ① 紧套光纤
所谓紧套光纤是指二次、三次涂敷层与予涂敷层及光纤的纤芯，包层等紧密地结合在一起的光纤。目前此类光纤居多。
未经套塑的光纤，其衰耗──温度特性本是十分优良的，但经过套塑之后其温度特性下降。这是因为套塑材料的膨胀系数比石英高得多，在低温时收缩较厉害，压迫光纤发生微弯曲，增加了光纤的衰耗。 ② 松套光纤
所谓松套光纤是指，经过予涂敷后的光纤松散地放置在一塑料管之内，不再进行二次、三次涂敷。
松套光纤的制造工艺简单，其衰耗──温度特性与机械性能也比紧套光纤好，因此越来越受到人们的重视。
2.3 光纤的导光原理
光是一种频率极高的电磁波，而光纤本身是一种介质波导，因此光在光纤中的传输理论是十分复杂的。要想全面地了解它，需要应用电磁场理论、波动光学理论、甚至量子场论方面的知识。但作为一个光纤通信系统工作者，无需对光纤的传输理论进行深入探讨与学习。
为了便于理解，我们从几何光学的角度来讨论光纤的导光原理，这样会更加直观、形象、易懂。更何况对于多模光纤而言，由于其几何尺寸远远大于光波波长，所以可把光波看作成为一条光线来处理，这正是几何光学的处理问题的基本出发点。 1. 全反射原理
我们知道，当光线在均匀介质中传播时是以直线方向进行的，但在到达两种不同介质的分界面时，会发生反射与折射现象，如图6所示。
图
6 光的反射与折射
根据光的反射定律，反射角等于入射角。 根据光的折射定律：
（2.2）
其中n1为纤芯的折射率，n2为包层的折射率。
显然，若n1>n2，则会有θ2>θ1。如果n1与n2的比值增大到一定程度，则会使折射角θ2≥90°，此时的折射光线不再进入包层，而会在纤芯与包层的分界面上掠过（θ
2=90°时），或者重返回到纤芯中进行传播（θ2>90°时）。这种现象叫做光的全
反射现象，如图7所示。
图
7 光的全反射现象
人们把对应于折射角θ
2
等于90°的入射角叫做临界角。很容易可以得到临界角
。
不难理解，当光在光纤中发生全反射现象时，由于光线基本上全部在纤芯区进行传播，没有光跑到包层中去，所以可以大大降低光纤的衰耗。早期的阶跃光纤就是按这种思路进行设计的。 2. 光在阶跃光纤中的传播 传播轨迹
了解了光的全反射原理之后，不难画出光在阶跃光纤中的传播轨迹，即按“之”之形传播及沿纤芯与包层的分界面掠过，如图8所示。
图
8 光在阶跃光纤中的传播轨迹
数值孔径NA
通常人们希望用入射光与光纤顶端面的夹角θc来衡量光纤接收光的能力，于是产生了光纤数值孔径NA的概念。
因为光在空气的折射率n。=1，于是多次应用光的折射定律可得：
，且
为保证光在光纤中的全反射，则应有
于是有
（2.3）
其中，相对折射率差:
△
（2.4）
因此，阶跃光纤数值孔径NA的物理意义是：能使光在光纤内以全反射形式进行传播的接收角θc之正弦值。
需要注意的是，光纤的NA并非越大越好。NA越大，虽然光纤接收光的能力越强，但光纤的模式色散也越厉害。因为NA越大，则其相对折射率差Δ也就越大（见2.3式），以后就会知道，Δ值较大的光纤的模式色散也越大，从而使光纤的传输容量变小。因此NA取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和模式色散。CCITT建议光纤的NA=0.18～0.23。 3. 光在渐变光纤中的传播 ① 定性解释
由图6和（2.1）式知道，渐变光纤的折射率分布是在光纤的轴心处最大，而沿剖面径向的增加而折射率逐渐变小。采用这种分布规律是有其理论根据的。
假设光纤是由许多同轴的均匀层组成，且其折射率由轴心向外逐渐变小，如图9所示。
图
9 光在渐变光纤中传播的定性解释
即
n1>n11>n12>n13??>n2
由折射定律知，若n1>n2，则有θ2>θ1。这样光在每二层的分界面皆会产生折射现象。由于外层总比内层的折射率要小一些，所以每经过一个分界面，光线向轴心方向的弯曲就厉害一些，就这样一直到了纤芯与包层的分界面。而在分界面又产生全反射现象，全反射的光沿纤芯与包层的分界面向前传播，而反射光则又逐层逐层地折射回光纤纤芯。就这样完成了一个传输全过程，使光线基本上局限在纤芯内进行传播，其传播轨迹类似于由许多许多线段组成的正弦波。 ② 传播轨迹
再进一步设想，如果光纤不是由一些离散的均匀层组成，而是由无穷多个同轴均匀层组成。换句话讲，光纤剖面的折射率随径向增加而连续变化，且遵从抛物线变化规律，那么光在纤芯的传播轨迹就不会呈折线状，而是连续变化形状。
理论上可以证明，若渐变光纤的折射率，分布遵从（2.1）式，则光在其中的传播轨迹为：
（2.5）
其中
A为正弦曲线振幅，待定常数 a1为纤芯半径 Δ为相对折射率差 Φ为初始相位，待定常数
于是以不同角度入射的光线族皆以正弦曲线轨迹在光纤中传播，且近似成聚焦状，如图10所示。