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单模光纤的纤芯直径一般为8~10μm，在给定工作波长上，只能传输单一模式。因为单模光纤中模式色散几乎很小，有利于大容量、长距离、高码速的信息传输。单模光纤在进行信息传输时，因为存在损耗、色散而限制了其传输距离和传输带宽。单模光纤损耗主要有吸收损耗和散射损耗。吸收损耗，因为材料吸收而导致部分光功率变成热量而使光功率减少，散射损耗主要包括限制损耗、宏弯损耗以及微弯损耗。限制损耗指的是光在纤芯内发生散射效应（瑞利散射）造成的光损耗，限制损耗很大程度上决定了单模光纤的最低损耗。宏弯损耗指的是因光纤的弯曲造成纤芯内部模场的重新分布，基模变成辐射模，部分光向外泄露，从而附加传输损耗。微弯损耗是由于光纤的中心轴线围绕理论位置所发生的微小变化而产生的。色散主要分为波导色散和材料色散。波导色散指的是导波模式的传播常数随波长的非线性变化，从而不同波长的光传输路径发生变化，达到终端。材料色散是由光纤材料自身特性引起的，光的传输速度随着光波长的不同而发生改变，两者都会造成光到达终端时产生时延差，从而引起脉冲展宽。在1 310nm处材料色散系数和波导色散系数相消，总色散为零，成为光纤通信一个比较理想的工作窗口。在1 550nm处石英玻璃中OH - 离子引起的损耗很小，具有最低的传输损耗，但却有着最大的散射系数，通过使用一段“色散补偿单模光纤”可以降低色散系数，从而在1 550nm处具有低损耗、低色散的特性，称为目前主流的通信窗口。
截止波长是单模光纤最基本的参数，通常可以用来判断光纤中是否为单模工作方式。截止波长含义为使光纤实现单模传输的最小工作光波波长。当光纤的归一化频率小于高次模LP 11 的截止频率时，高次模LP 11 截止，光纤只传输基模。
模场直径是衡量基模场强在光纤横截面内特定分布的约束光功率的物理量，通常将纤芯中场分布曲线最大值的1/e处所对应的宽度定义为模场直径。ITU-T规定，在1 310nm波长处，模场直径的标称值为9~10μm，容差为±1μm。
多模光纤支持传输多种模式的光。多模光纤最早用于数据传输的导波介质，相比单模光纤具有如下优点：纤芯直径较大，数值孔径大，具有较低的非线性系数，能够注入更强的光；使用多模光纤可大大降低光纤接头的制作成本；在连接时不必精确对准，操作方便简单，易于在楼宇和室内布线且配套器件价格低廉；能够忍受大的弯曲损耗且易于升级、处理、安装和测试；制作工艺相对简单。虽然多模光纤具有诸多优势，但是也有很多制约多模光纤传输的因素，如损耗、色散、非线性等，模式色散是限制多模光纤传输的关键因素。多模光纤含有多个模式，因此在多模光纤中传输的光信号也包含多个模式，各个模式在光纤中具有不同的传输速度，在光纤中沿传输方向行进的过程中，各模式逐渐分离，使得光信号时域展宽，由此产生的色散称为模式色散。多模光纤中，模式色散占主导地位。模式色散的大小一般定义为单位光纤长度上，模式的最大时延差，即传输速度最快的模式与传输速度最慢的模式通过单位长度光纤所需的时间之差。当模间色散引起的光脉冲展宽大于码元的宽度时，信号衰落基本上无法恢复。模间色散在传输高速率信号或者传输长距离的时候，表现更加明显。尽管单模光纤的品种不断出现，功能不断丰富和增加，但多模光纤并没有被单模光纤所取代，而是保持着稳定的市场份额，并且取得不断发展。当前对数据传输的要求呈现出爆炸性的增长，因此对网络传输速度的要求也不断提升。在传输速率增长需求和较低成本解决方案的共同推动下，基于以太网的数据网络中，多模光纤的应用将会愈发普遍。就多模光纤而言，由于其固有的特性，一般用于局域网、存储网、数据中心、智能楼宇超级计算机等。高端多模光纤以其低成本方案和高带宽的优势，有着极其广阔的市场前景。随着光通信技术的发展，多模光纤技术也在向前发展。为降低能耗和提高带宽，由于综合成本的优势，多模光纤综合布线系统明显优于单模光纤布线系统，多模光纤的纤芯较大，故可使用较为廉价的耦合器和接线器。
掺杂光纤是指向光纤纤芯掺入杂质，如稀土元素离子，会导致光纤产生改性。当稀土元素离子掺杂到纤芯时，光纤会被“激活”，变成有源介质，称有源光纤。当以适当的波长泵浦时，就会在确定的波长上产生激光和放大。因此，掺杂光纤大多被用于制作光放大器和激光器。它的特点是具有圆柱形波导结构，纤芯直径小，很容易实现高密度泵浦，激射阈值低，散热性能好，其纤芯直径大小与通信光纤匹配，耦合容量及效率高，可形成传输光纤与有源光纤的一体化，是实现全光通信的基础。掺杂光纤主要为掺铒光纤、掺镱光纤、掺铥光纤等。其中掺铒光纤是最为常用的一种，掺铒光纤可实现35nm的放大带宽，并在带宽范围内保持增益平坦，具有理想的功率转换效率，覆盖了通信C和L波段。
保偏光纤是一种特殊的单模光纤，对线偏振光具有较好的偏振维持能力。光在理想的单模光纤传输时其偏振态不会发生变化，但由于预制过程中存在的结构缺陷，或者传输过程中受外界机械应力的影响，产生双折射效应导致偏振光在传输过程中相互耦合，发生偏振色散现象。通过在保偏光纤中设计不同的非圆对称的折射率区产生双折射效应，从而消除外界应力对入射光偏振态的影响。保偏光纤根据双折射的强弱可以分为高双折射保偏光纤和低双折射保偏光纤。现在实际应用的保偏光纤一般都是高双折射光纤。高双折射光纤根据形成原因不同可以大致分为形状型保偏光纤、应力型保偏光纤。保偏光纤在光纤预制拉丝过程中，在纤芯附近对称掺杂不同热膨胀系数的材料。熔融拉丝冷却后由于材料热膨胀系数不一样导致在纤芯附近，保偏光纤有两个主轴方向，两个主轴方向折射率不一样。折射率大的主轴方向光传输的速度相对较慢，称为慢轴；折射率小的主轴方向光传输速度相对较快，称为快轴。
对于保偏光纤由于应力产生两正交主轴的折射率差异，可以用归一化双折射率来描述。
式中， n f , n s 分别为保偏光纤快轴和慢轴折射率； β f ， β s 为偏振光在快轴和慢轴的传播常数； k 0 为真空波矢。一般保偏光纤的双折射率大于10 -5 ，线偏振光沿一个主轴入射时，能很好地保持这个偏振态。同时保偏光纤的消光比、偏振串音和保偏光纤的 h 参数来评价其性能。保偏光纤的消光比定义为两正交光轴上传输的偏振光功率的比值：
式中， P s 和 P f 分别为保偏光纤慢轴和快轴的光功率。保偏光纤消光比的绝对值越大，保偏态模式的单一偏振态保持得越好。
当保偏光纤受到外界环境或者在预制拉丝等制造工艺上缺陷导致的残余应力等影响，即使线偏振光沿保偏光纤主轴射入，也会存在线偏振光耦合到与入射光轴垂直的主轴上，即线偏振光沿保偏光纤快轴射入，在快轴传输光功率为 P f （ z ），但由于光纤结构缺陷依旧会有少许线偏振光耦合到慢轴上，因此在保偏光纤慢轴上也能检测出传输功率 P s （ z ）。类似于音乐的串音，在保偏光纤的两正交主轴上出现的这种功率串扰现象称为偏振串音。偏振串音用 CT 表示：
CT 的绝对值越大，说明保偏光纤保持原有偏振态能力越强，更小的光功率耦合到其他偏振模式上。
与偏振串音类似，由于结构缺陷外界应力等原因，两正交偏振模式会在随机的缺陷应力点发生模式耦合串扰，一种偏振模式会随机配合到另外一种偏振模式。因此，我们定义在保偏光纤单位长度的功率耦合串扰率为偏振保持参数，也称保偏光纤的 h 参数。保偏光纤的 h 参数用来描述保偏光纤的偏振保持能力。
荧光光纤是在纤芯和包层中掺入了荧光物质和某些稀有元素构成的光纤。荧光物质可以吸收特定波长范围内的光，使自身被激发，随之向各个方向发射出荧光，其中辐射方向满足纤芯-包层界面全反射条件的荧光将沿着光纤轴向传输。与常用的通信光纤相比，荧光光纤可以接收任意方向入射的光线，而不是只接收从端面进入光纤的某一范围的光（所谓数值孔径的问题）。荧光物质接收一定波长（受激谱）的光后，受激辐射出光能量。受激峰值波长与辐射峰值波长不同，这种现象称为Stokes频移。对于荧光分子，Stokes频移值约为100~200nm，不过这一数值受到其他掺杂物的影响。激励消失后，荧光发光的持续性取决于激发状态的寿命。这种发光通常是按指数方式衰减，称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光衰落时间。目前，荧光激发光纤已广泛应用于装饰、广告以及传感（光探测，如步枪准星、弓箭准星、光波长转换等）等用途。
Russell等人在1991年提出，如果在二维晶体中引入线性缺陷形成带隙，使得一定频率的光禁止从光子晶体光纤中通过，从而达到传输特定频率光的目的。1996年研制出首根光子晶体光纤，该光纤的导光机制与普通光纤类似。直到1998年，第一根导光机制为光子带隙原理的光子晶体光纤被制作出来。从此对光子晶体光纤的研究从理论阶段上升到实验阶段，逐步引起广大科学工作者的研究兴趣，成为科学研究的热点之一。
折射率引导型光子晶体光纤的纤芯为实芯，纤芯的折射率大于包层空气孔的平均折射率，依据全反射的原理进行导光。图2.1为两种不同类型的折射率引导型光子晶体光纤截面图，从图中可以看出两种光子晶体光纤的纤芯为实芯，包层由空气孔和空气孔之间的硅层所构成，由于包层空气孔的存在使得包层的平均折射率小于纤芯的折射率，因此折射率引导型光子晶体光纤是一种改进后的全反射光纤。带隙型光子晶体光纤在2.2.1节具体介绍。
图2.1 两种不同类型的折射率引导型光子晶体光纤截面图
与常规光纤相比，光子晶体光纤具有以下特殊性质：
（1）无截止单模传输特性。光子晶体光纤最引人注目的一个特点是：结构合理设计的光子晶体光纤具备在所有波长上都支持单模传输的能力，即所谓的无截止单模特性。无截止单模特性的部分原因是纤芯和包层间的有效折射率差依赖于波长。波长变短时，模式电场分布更加集中于纤芯，延伸入包层的部分减少，从而提高了包层的有效折射率，减少了折射率差，这抵消了普通单模光纤中当波长降低时出现多模现象的趋势。当空气孔满足足够小的条件时，高阶模式光的横向有效波长远远小于孔间距，从而使得高模光从孔间泄露出去。
（2）色散易调节特性。色散是指不同频率的光信号在光纤中具有不同的传输速度的现象。光纤色散的存在导致信号畸变、脉冲展宽，成为传输系统的不利因素。光子晶体光纤的零色散点与固定波长处的色散均可通过灵活设计空气孔结构实现。
（3）大模场面积特性。模场面积是衡量光纤模场分布的重要参数，若模场面积较小，光传输过程中引起的非线性效应加大，破坏系统性能。大的模场面积有利于高能量、长距离的光传输。模场面积的增大主要是依靠光纤芯子直径的增加来实现。光子晶体光纤通过设计不同的空气孔结构和掺杂材料，使得当光纤芯子直径增大时，单模传输特性不变，高阶模的损耗大大增加，从而达到滤除高阶模的目的，通过合理设计的光子晶体光纤在保持大模场面积的同时，可实现单模传输。
（4）高非线性特性。非线性效应会引起光传输过程中的信号干扰，致使信号发生畸变，往往成为光传输中的不利因素。但随着通信技术的发展，研究者发现在很多情况下往往可以对非线性效应加以利用，实现光孤子通信、电光调制等。通过降低光子晶体光纤中空气孔的间距，使光纤芯子直径减小，可降低光纤的模场面积，从而大大增加光纤的非线性效应。光子晶体光纤的非线性系数可达到普通单模阶跃光纤的数十倍，当产生相同的非线性系数时，其长度远远小于采用阶跃光纤时的情景。
（5）高双折射特性。双折射是指材料在不同方向折射率的最大差异。对于光纤，双折射表现为两个偏振模式的有效折射率不同。双折射现象通常由于光纤的圆对称性被破坏而产生。然而，偏振态的分离与调制均需要高双折射光纤即保偏光纤来实现。当光子晶体光纤中空气孔的对称性被破坏时，光纤具有较高的双折射。2000年，英国巴斯大学成功拉制了具有高双折射特性的PCF，其芯子由大小不同的空气孔围绕而成，拍长为0.4mm。研究表明，普通保偏光纤双折射为10 -5 ~10 -4 量级，光子晶体光纤通过合理的空气孔设计，双折射可达到10 -3 量级。