1.光纤基本参数

①光纤通常由纤芯（直径2a，折射率n₁），包层（直径d，折射率n₂），涂层组成

②模场直径（MFD）是衡量单模光纤中传播的光的光束宽度的一个指标。它是波长、纤芯半径以及纤芯和包层折射率的函数。虽然光纤中的大部分光被捕获在纤芯内，但一小部分光在包层中传播。光可以近似为高斯功率分布，如图所示，其中MFD是光功率从峰值水平降低到1/e²的直径。

2.光纤全反射计算

 在光纤端面以不同角度α从空气入射到纤芯（n₀<n₁），只有一定角度范围内的光线在射入光纤时产生的折射光线才能在光纤中传输。在光纤端面的入射角是θ≥θ_c（临界角）的光线将发生全反射，而θ<θ_c的光线将进入包层逸散出去。为了光能够在光纤中传输，入射角必须要能够使进入光纤的光纤在光纤内发生全反射而返回纤芯，其传输路径呈折线形，由图可知，最大的α_max应该是使θ=θ_c。

  在n₀/n₁界面，根据斯涅耳定律，得到

  发生全反射时，有

  将此式代入上式，得到（当光从空气进入光纤时n₀=1）

  定义数值孔径（Numerical aperture,NA）为

  其中，Δ=（n₁-n₂）/n₁为纤芯与包层相对折射率差（包层和纤芯折射率相差非常小）。

       由上述可知，入射角与光纤数值孔径的关系为：

  用数值孔径表示的光线最大入射角是α_max，角度2α_max称为入射光纤的孔径角，它与光纤的数值孔径和发射介质的折射率n₀有关。只有在孔径角为2α_max的圆锥内入射的光线才能在光纤中传播。

3.光纤模式

V称为光纤的归一化频率，是一个反映光纤结构特征的重要参数，定义为

其中，k_０是真空中的光波波数；λ_０是真空中光波的波长。

  当V很大时，光纤中可以传输几十甚至几百个模式；当V值较小时，则只允许少数几个或单个模式传播。阶跃单模光纤确切的判据是V＜2.405。这时，在光纤中只有一个模式传播，称之为主模或基模。很显然，当波长λ_０和折射率参数确定之后，光纤中允许传播的数目就与纤芯半径a有关。因此，多模光纤芯径较粗（50-100μm），而单模光纤芯径就很细（5-10μm，与入射波长λ_０有关） 。