n1为纤芯介质的折射率，n2为包层介质的折射率,n1大于n2，进入纤芯的光到达纤芯与包层交界面（简称芯-包界面）时的入射角大于全反射临界角θc时,就能发生全反射而无光能量透出纤芯，入射光就能在界面经无数次全反射向前传输 。原来当光纤弯曲时，界面法线转向，入射角度小，因此一部分光线的入射角度变得小于θc而不能全反射 。但原来入射角较大的那些光线仍可全反射，所以光纤弯曲时光仍能传输，但将引起能量损耗 。通常，弯曲半径大于50～100毫米时,其损耗可忽略不计 。微小的弯曲则将造成严重的“微弯损耗” 。人们常用电磁波理论进一步研究光纤传输的机制，由光纤介质波导的边界条件来求解波动方程 。在光纤中传播的光包含有许多模式，每一个模式代表一种电磁场分布，并与几何光学中描述的某一光线相对应 。光纤中存在的传导模式取决于光纤的归一化频率ν值
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公式式中NA为数值孔径，它与纤芯和包层介质的折射率有关 。ɑ为纤芯半径，λ为传输光的波长 。光纤弯曲时，发生模式耦合，一部分能量由传导模转入辐射模，传到纤芯外损耗掉 。性能：光纤的主要参数有衰减、频宽等 。光纤衰减造成光纤衰减的因素有散射损耗、吸收损耗和微弯损耗等 。散射损耗主要由瑞利散射产生，它是由玻璃的不规则分子结构引起的微观折射率波动所造成的，是光纤的固有损耗，也是光纤衰减的最低限 。它与λ4成反比 。在波长小于0.8微米时,瑞利散射损耗迅速上升，限制了光纤的使用 。光纤基质材料SiO2和掺杂氧化物分子的本徵吸收损耗又使光纤的衰减，在波长大于1.7微米时，迅速增大 。因此,这类光纤的使用波长就被限制在0.8～1.7微米範围内 。在这一範围内，衰减主要是石英玻璃中所含的杂质Fe+ +、Cu+ + 等过渡金属离子和OH- 。的吸收损耗造成的 。随着纯化工艺的改进,杂质吸收损耗已被基本上消除，从而达到了瑞利散射损耗的极限 。光纤的不规则微小弯曲引起模式耦合,造成微弯损耗,因此在加工和使用中应儘量避免光纤微弯 。光纤频宽光纤传输的载波是光,虽然频带极宽,但并不能充分利用，这是由于光在光纤中传输有色散（模间色散、材料色散和波导色散）的缘故 。它们在不同程度上影响光纤频宽 。模间色散是由于不同模式的光线在芯- 包界面上的全反射角不同，曲折前进的路程长短不一 。因而,一束光脉冲入射光纤后,它所含的各模式经一定距离传输到达终点的时间会有先后，因而引起脉冲展宽 。它可使一束窄脉冲展宽达20纳秒/公里左右，光纤的相应频宽约为20兆赫·公里 。
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光纤光缆材料色散是一种模内色散 。光纤所传输的光即使是雷射，也包含有一定谱宽的不同波长的光分量 。例如，GaAlAs半导体雷射器发出的雷射谱宽约为 2纳米 。光在介质中的传输速度与折射率 n有关，而石英介质的折射率随波长变化，因此当一束光脉冲入射光纤后，即使是同一模式，传输群速也会因光波长不同而有差异，致使到达终点后的脉冲展宽,这就是材料色散 。在1.3微米附近，折射率随波长的变化极小,因此,材料色散很小（例如3皮秒/公里·纳米） 。消除模间色散可使光纤频宽大大提高 。纯石英在1.27微米波长上具有零色散特性 。波导色散也是一种模内色散，是由于模式传播常数随波长变化引起群速差异而造成的 。波导色散更小 。在1.3微米波长附近,材料色散显着减小，以致二者大致相同，并有可能相互抵消 。光纤的种类按使用的材料分，有石英光纤、多组分玻璃光纤、塑胶包层光纤和塑胶光纤等几大类 。其中石英光纤以高纯SiO2玻璃作光纤材料，具有衰减低、频频宽等优点，在研究及套用中占主要地位 。如按纤芯折射率分类主要有突变型光纤和渐变型光纤 。按传输光的模式分，有多模光纤和单模光纤 。光纤分类突变型纤芯部分折射率不变,而在芯-包界面折射率突变 。纤芯中光线轨迹呈锯齿形折线 。这种光纤模间色散大，频宽只有几十兆赫·公里 。常做成大芯径，大数值孔径（例如芯径为100微米，NA为0.30）光纤,以提高与光源的耦合效率，适用于短距离、小容量的通信系统 。渐变型纤芯折射率分布如图4 。纤芯中心折射率最高，沿径向按下式渐变：