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光纤是由折射率较高的纤芯和包围在纤芯外面的折射率较低的包层所组成，为防止光纤断裂及增强光纤的机械性能，可在包层外涂覆塑料保护套（涂覆层）。光纤结构如图2.2所示。
图2.2 光纤结构
按材料不同，可将光纤分为石英光纤和全塑光纤。
按照光纤剖面折射率分布的不同，可将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤。
阶跃型光纤的纤芯和包层的折射率是均匀的，纤芯和包层的折射率呈现阶跃形状。由于这种光纤的脉冲会发生展宽，所以目前多模光纤已经不再使用这种折射率分布的形式。由于单模光纤中只有一种传输模式，不存在由于入射角度不同带来的脉冲展宽，因此，单模光纤仍然使用这种折射率分布形式。
渐变型光纤具有和透镜一样的“自聚焦”作用，对光脉冲的展宽比阶跃型光纤小得多，因此，目前使用的多模光纤均为渐变型光纤。
按传输的模式不同，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤。
在一定的工作波长上，当有多个模式在光纤中传输时，这种光纤被称为多模光纤。
单模光纤是只能传输一种模式的光纤。单模光纤只能传输基模（最低阶模），不存在模式间的时延差，具有比多模光纤大得多的带宽，这对于高码速传输是非常重要的。单模光纤纤芯的直径仅为几微米，其带宽一般比渐变型多模光纤的带宽高一个或两个数量级。因此，单模光纤适用于大容量、长距离的通信。
（1）模场直径
单模光纤只传输基模LP01模，其场强随空间的分布情况被称为模场。单模光纤的基模场强不仅分布于纤芯中，还有相当部分的能量在包层中传输。单模光纤的纤芯直径为8～9μm，与工作波长1.3～1.6μm处于同一量级。
（2）模场同心度误差
模场同心度误差是指光纤模场中心与包层中心之间的距离，该参数对光纤的接头损耗有很大影响。
光纤是柔软且可弯曲的，但曲率半径太小，使光的传播途径改变，光渗透到包层，向外漏掉而引起光纤弯曲损耗。
衰减是光纤的一个重要传输参数，它表明光纤对光能的传输损耗，对评定光纤的质量和确定光通信系统的中继距离起着决定性作用。衰减系数指对于均匀衰耗的光纤，可以用单位长度的衰减来表示。
光纤本身损耗的原因主要有吸收损耗和散射损耗。
① 吸收损耗是指光波通过光纤的材料时，有一部分光能变成热能，从而造成光功率的损失。吸收损耗主要包括本征吸收（紫外线、红外线等）和杂质吸收（金属离子、氢氧根离子等）。
② 散射损耗是光纤的材料、形状、折射率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生散射而引起的损耗。
色散是指光源光谱中不同波长的光在光纤中传输时的群时延差异引起的光脉冲展宽现象。单模光纤只传输一种模式，无模间色散，其色散主要由材料色散、波导色散和模式色散组成。
（1）材料色散
光纤材料本身的折射率随波长变化而变化，使信号各频率成分的群速不同而引起的色散。
（2）波导色散
光纤的几何结构、形状等方面的不完善，使光波的一部分在纤芯中传输，另一部分在包层中传输。纤芯和包层的折射率不同，会造成脉冲展宽的现象，被称为波导色散。
（3）模式色散
在多模光纤中，不同模式在同一频率下传输，由于光纤的行进轨迹不同，因此，传输同样的光纤长度需要不同的时间，即模式之间存在时延差，模式色散取决于光纤的折射率分布。
单模光纤只有主模传输，不存在模式色散。
单模光纤通常存在某一波长，当所传输的光波波长超过该波长时，光纤就只能传播一种模式（基模）的光，而在截止波长下，光纤可传输多种模式（包含高阶模）的光。
数值孔径是多模光纤的一个重要参数，它表示多模光纤集光能力及与光源耦合困难程度，同时对连接损耗、微弯损耗、宏弯损耗、衰减、温度特性和传输带宽等都有影响。
拉力强度与静态疲劳是石英光纤的两个基本机械特性。
（1）拉力强度
光纤的拉力强度很大，大约是钢丝的2倍，是铜丝和铝丝的10倍以上。
（2）静态疲劳
即使在断裂应力下，施加于玻璃材料的应力也会产生时效性破坏，即离子化了的水分与表面产生反应，成为耦合的氢氧根。这种氢氧根耦合因施加的应力而简单地分离，于是就开始对光纤进行破坏。破坏首先使微裂纹扩大，成为更深的微裂纹，最后当施加于微裂纹的应力超过断裂应力时，光纤就会发生断裂，这种现象被称为疲劳现象。
光纤的结构及几何尺寸见表2.1。
表2.1 光纤的结构及几何尺寸
续表
光纤光学特性、温度特性及弯曲特性见表2.2。
表2.2 光纤光学特性、温度特性及弯曲特性
续表
注：1. PMD（Polarization Mode Dispersion，偏振模色散）。
（1）光纤的非线性机理
通常在光场较弱的情况下，可以认为光纤的各种特征参数随光场的强弱进行线性变化。在强光场的作用下，光纤则呈非线性变化。
光纤中的非线性效应就是一个信道的光强和相位将受到其他相邻信道的影响，从而形成串扰。
（2）主要的非线性效应
光纤中典型的非线性效应有自相位调制效应、交叉相位调制效应、受激拉曼散射、受汽船布里渊散射和四波混频（Four-Wave Mixing，FWM）等。
① 自相位调制效应：光脉冲在光纤中传播时相位的改变分为线性部分和非线性部分，其中，非线性部分与光场强度的平方呈正比，故自相位调制是光场自身引起相位变化，进而导致光脉冲频谱扩展。从原理上说，自相位调制可用来实现调相，但实现调相需要很强的光强，且需选择折射率大的材料。自相位调制效应的真正应用是在光纤中产生光孤子，实现光孤子通信，这是光纤非线性特性的重要应用。
② 受激拉曼散射：由光纤物质中原子振动参与的光散射现象。受激拉曼散射对光纤通信的不利影响主要表现在两个方面：一是造成光纤损耗增加，频率转换，因此必须加以抑制，主要是限制光纤中传输的最大功率；二是引起波分复用系统中的串扰。
③ 四波混频：两个以上不同波长的光信号在光纤的非线性影响下，除了原始的波长信号，还会产生许多额外的混合成分（或叫边带）信号。
在波分复用系统中，特别是当信道间隔很小时，有相当大的信道功率通过四波混频被转换到新的光场中，这一转换直接导致信道功率损耗，同时还会引起邻近通道间的串话，引起信道干扰。四波混频是波分复用系统中最主要的限制系统性能的非线性现象。
（1）偏振模色散的定义
光纤的几何尺寸不均匀， x 轴、 y 轴的模传输速度有偏差，形成偏振模色散。偏振模色散示意如图2.3所示。
图2.3 偏振模色散示意
（2）偏振模色散的指标
A. 1550nm偏振模色散单盘值≤0.15ps/
。
B. 1550nm偏振模色散链路值（≥20盘）
。
为了使光纤具有统一的国际标准，ITU-T制定了统一的光纤标准（G标准），简要介绍如下。
多模光纤是以多个模式传输的光纤，也就是在多模光纤中存在多个分离的传导模。突变型多模光纤由于模间时延差太大，传输带宽只能达到几十兆，不利于高速传输，已被淘汰，目前，多模光纤均为渐变型多模光纤。渐变型多模光纤的工作波长一般为0.85μm，衰减较大。
常规单模光纤也被称为非色散位移光纤，其零色散波长在1310nm处，在波长为1550nm处衰减最小，但有较大的正色散，大约为18ps/（nm·km），工作波长既可选用1310nm，又可选用1550nm。常规单模光纤使用最为广泛。
色散位移光纤通过改变光纤的结构参数、折射率分布形状来加大波导色散，从而将最小零色散从1310nm位移到1550nm，实现1550nm处最低衰减和零色散波长一致，并且在掺铒光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA）工作波长区域内。这种光纤非常适用于长距离、单信道、高速光纤通信系统。但是，该光纤在通道进行波分复用信号传输时，在1550nm附近低色散区存在有害的四波混频等光纤非线性效应，阻碍光纤放大器在1550nm窗口的应用，正是因为这个原因，色散位移光纤正在逐渐被非零色散位移光纤所取代。
此光纤在1550nm波长工作窗口具有极小的衰减（0.18dB/km），与G.652光纤比较，这种光纤的优点是在1550nm工作波长处衰减系数极小，弯曲性能好。这种光纤主要应用在传输距离很长且不能插入有源器件的无中继海底光纤通信系统中。
G.655光纤常被称为非零色散光纤，是为新一代光放大密集波分复用传输系统设计和制造的新型光纤，属于色散位移光纤，不过在1550nm处其色散不是零值[按ITU-T的G.655规定，波长1530～1565nm对应的色散值为0.1～0.6ps/（nm·km）]，用以平衡四波混频等非线性效应。这种光纤利用较低的色散抑制了四波混频等非线性效应，能用于高速率、大容量、密集波分复用的长距离光纤通信系统中。
利用负色散来补偿在常规光纤中传播时所产生的正色散，是当前比较常用的一种方案。负色散作为色散补偿光纤，基本原理是精心设计光纤的芯径及折射率分布，利用光纤的波导色散效应，使其零色散波长大于1550nm，即在1550nm工作点上产生较大的负色散。当它和常规光纤级联使用时，两者会互相抵消。
从2002年5月的一次ITU-TSG15会议上由日本NTT和CLPAJ公司联合提出研究文稿以来，经历了多次讨论，G.656光纤于2004年正式批准发布了第一个版本。G.656光纤被命名为“宽带光传送的非零色散光纤”。经研究修改，ITU-T于2006年11月发布了G.656光纤第二个版本（V2.0）。
G.656光纤的V2.0定义的宽带光传送的非零色散光纤在1460～1624nm波长区域具有大于非零值的正色散系数值，能有效抑制密集波分复用系统的非线性效应，其最小色散值在1460～1550nm波长区域为1.00～3.60ps/（nm·km）。在1550～1625nm波长区域为3.60～4.58ps/（nm·km）；最大色散值在1460～1550nm波长区域为4.60～9.28ps/（nm·km），在1550～1625nm波长区域为9.28～14ps/（nm·km）。这种光纤非常适合于1460～1624nm（S+C+L共3个波段）波长区域的粗波分复用和密集波分复用。与G.652光纤相比，G.656光纤能支持更小的色散系数；与G.655光纤相比，G.656光纤能支持更宽的工作波长。G.656光纤可保证通道间隔100GHz、40Gbit/s系统的传输距离至少为400km。人们预测G.656光纤可能成为继G.652光纤和G.655光纤之后的又一个被广泛应用的光纤。
G.657光纤接入网用弯曲衰减不敏感单模光纤光缆特性的标准是ITU-T于2006年11月发布的标准。G.657光纤是为了实现光纤到户，在G.652光纤的基础上开发的最新的一个光纤品种。这类光纤最主要的特性是具有优异的耐弯曲特性，其弯曲半径可实现常规的G.652光纤弯曲半径的1/4～1/2。G.657光纤分A、B两个子类，其中，G.657A型光纤的性能及其应用环境和G.652D型光纤相近，可以在1260～1625nm的宽波长区域内（即O、E、S、C、L共5个工作波段）工作；G.657B型光纤主要在1310nm、1550nm和1625nm这3个波长窗口工作，更适用于实现光纤到户的信息传送及安装在室内或大楼等狭窄的场所。