光是一種頻率極高（3×1014 赫茲）的電磁波，當它在波導──光纖中傳播時，根據波動光學理論和電磁場理論，需要用麥克斯韋式方程組來解決其傳播方面的問題。而通過繁瑣地求解麥氏方程組之后就會發現，當光纖纖芯的幾何尺寸遠大于光波波長時，光在光纖中會以幾十種乃至幾百種傳播模式進行傳播，如TMmn模、TEmn模、HEmn模等等（其中m、n=0、1、2、3、……）。
其中HE11模被稱為基模，其余的皆稱為高次模。
① 多模光纖
當光纖的幾何尺寸（主要是纖芯直徑d1）遠遠大于光波波長時（約1 微米），光纖中會存在著幾十種乃至幾百種傳播模式。不同的傳播模式會具有不同的傳播速度與相位，因此經過長距離的傳輸之后會產生時延，導致光脈沖變寬。這種現象叫做光纖的模式色散（又叫模間色散）。
計算多模光纖中傳播模式數量的經典公式為 ，其中V 為歸一化頻率。例如當V=38時，多模光纖中會存在三百多種傳播模式。
模式色散會使多模光纖的帶寬變窄，降低了其傳輸容量，因此多模光纖僅適用于較小容量的光纖通信。
多模光纖的折射率分布大都為拋物線分布即漸變折射率分布。其纖芯直徑d1，大約在50 微米左右。
② 單模光纖
根據電磁場理論與求解麥氏方程組發現，當光纖的幾何尺寸（主要是芯徑）可以與光波長相比擬時，如芯徑d1 在5～10 微米范圍，光纖只允許一種模式（基模HE11）在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖叫做單模光纖。
由于它只允許一種模式在其中傳播，從而避免了模式色散的問題，故單模光纖具有極寬的帶寬，特別適用于大容量的光纖通信。
其實，準確地講要實現單模傳輸，必須使光纖的諸參量滿足一定的條件，即其歸一化頻率V ≤ 2.4048。
因為
所以可以解得光纖的纖芯半徑應滿足下式才能實現單模傳輸：
其中：
a1為纖芯半徑
λ為光波波長
NA為光纖的數值孔徑
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