光是一种频率极高（3×1014 赫兹）的电磁波，当它在波导──光纤中传播时，根据波动光学理论和电磁场理论，需要用麦克斯韦式方程组来解决其传播方面的问题。而通过繁琐地求解麦氏方程组之后就会发现，当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播，如TMmn模、TEmn模、HEmn模等等（其中m、n=0、1、2、3、……）。

其中HE11模被称为基模，其余的皆称为高次模。

① 多模光纤

当光纤的几何尺寸（主要是纤芯直径d1）远远大于光波波长时（约1 微米），光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。不同的传播模式会具有不同的传播速度与相位，因此经过长距离的传输之后会产生时延，导致光脉冲变宽。这种现象叫做光纤的模式色散（又叫模间色散）。

计算多模光纤中传播模式数量的经典公式为，其中V 为归一化频率。例如当V=38时，多模光纤中会存在三百多种传播模式。

模式色散会使多模光纤的带宽变窄，降低了其传输容量，因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。

多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布即渐变折射率分布。其纤芯直径d1，大约在50 微米左右。

② 单模光纤

根据电磁场理论与求解麦氏方程组发现，当光纤的几何尺寸（主要是芯径）可以与光波长相比拟时，如芯径d1 在5～10 微米范围，光纤只允许一种模式（基模HE11）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤。

由于它只允许一种模式在其中传播，从而避免了模式色散的问题，故单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量的光纤通信。

其实，准确地讲要实现单模传输，必须使光纤的诸参量满足一定的条件，即其归一化频率V ≤ 2.4048。

因为

所以可以解得光纤的纤芯半径应满足下式才能实现单模传输：

其中：

a1为纤芯半径

λ为光波波长

NA为光纤的数值孔径