光导纤维是用比头发丝还细的石英玻璃制成的，每根光纤由一个圆柱形的纤芯和包层组成。纤芯的折射率略大于包层的折射率。

众所周知，空中光是直线传播的。然而入射到光纤中的光线却能限制在光纤中，而且随着光纤的弯曲而走弯曲的路线，并能传送到很远的地方去。当光纤的直径比光的波长大很多时，可以用几何光学的方法来说明光在光纤中的传播。当光从光密物质射向光疏物质、而入射角大于临界角时，光线产生全反射，即光不再离开光密介质。光纤由于其圆柱形纤芯的折射率n1大于包层的折射率n2，因此如图4-28 所示，在角2θ 之间的入射光，除了在玻璃中吸收和散射之外，大部分在界面上产生多次反射，而以锯齿形的线路在光纤中传播。在光纤的末端以入射角相等的出射角射出光纤。

图4-28　光导纤维中光的传输特性

光纤的主要参数和类型如下。

(1)数值孔径。数值孔径反映纤芯吸收光量的多少，是标志光纤接收性能的重要参数。其意义是：无论光源发射功率有多大，只有2θ 张角之内的光功率能被光纤接收。角2θ 与光纤内芯和包层材料的折射率有关，我们将θ 的正弦定义为光纤的数值孔径(NA)

一般希望有大的数值孔径，以利于耦合效率的提高，但数值孔径越大，光信号畸变就越严重，所以要适当选择。

(2)光纤模式。光纤模式简单地说就是光波沿光纤传播的途径和方式。在光纤中传播的模式很多，这对信息的传播是不利的，如果同一光信号采用很多模式传播，就会使这一光信号分裂为不同时间到达接收端的多个小信号，从而导致合成信号畸变。因此希望模式数量越少越好，尽可能在单模式下工作。阶跃型的圆筒波导(光纤)内传播的模式数量可简单表示为(www.daowen.com)

式中，d 为纤芯直径；λ0为真空中入射光的波长。希望υ 小，d 则不能太大，一般取几微米；另外n1和n2之差要很小，不大于1%。

(3)传播损耗。由于光纤纤芯材料的吸收、散射以及光纤弯曲处的辐射损耗等影响，所以光信号在光纤的传播不可避免地会有损耗。

假设从纤芯左端输入一个光脉冲，其峰值强度(光功率)为I0，当它通过光纤时，其强度通常按指数式下降，即光纤中任一点处的光强度为

式中，I0为光进入纤芯始端的初始光强度；L 为光沿光纤的纵向长度；α 为强度衰减系数。

(4)光纤类型。光导纤维按折射率变化可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。阶跃型光纤的纤芯与包层间的折射率是突变的，渐变型光纤在横截面中心处折射率n1最大，其值逐步由中心向外变小，到纤芯边界时，变为外层折射率n2。通常折射率变化为抛物线形式，即在中心轴附近有更陡的折射率梯度，而在接近边缘处折射率减小得非常缓慢，以保证传递的光束集中在光纤轴附近前进。因为这类光纤有聚焦作用，所以也称自聚焦光纤。

光导纤维按其传输模式多少分为单模光纤与多模光纤。单模光纤通常是指阶跃光纤中纤芯尺寸很小，因而光纤传输的模式很少，原则上只能传递一种模式的光纤。这类光纤传输性能好，频带很宽，制成的传感器有更好的线性、灵敏度及动态范围。但纤芯直径太小，给制造带来困难。多模光纤通常是指阶跃光纤中，纤芯尺寸较大，因而光纤内可传输的模式很多。这类光纤性能较差，带宽较窄，但制造工艺容易。