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20世纪80年代以后，随着光通信对高速率、远距离信息传输应用的迫切需求，光纤从短工作波长（0.85μm）的阶跃多模光纤，经历了短暂的渐变折射率多模光纤，很快发展到尔后的长工作波长（1.3～1.55μm）单模光纤。由于单模光纤避免了多模光纤严重的本征性模间（多模）色散、模噪声以及传输中的其它不利效应，因而，如今单模光纤已成为所有实际光通信系统的最佳选择；而且在各种高灵敏度光纤传感器以及各种激光放大器件中也有重要应用。总之，单模光纤在现今信息传输系统中已处于绝对的主导地位。

所谓单模光纤是指在给定工作波长条件下，光波导中只能传输基模HE₁₁的单一模式，而其它高阶模均截止的光纤。

根据前述对阶跃型多模光纤的模式分析，对给定的工作波长λ₀，通过恰当地设计选择阶跃光纤的物理结构参数（芯径2a，纤芯与包层折射率n₁、n₂），达到调整光纤的波导常数（归一化频率）V值，使之满足如下条件：

从而实现光纤中只有基模HE₁₁单一模式传输，而邻近的高次模TE₀₁模、TM₀₁模、HE₂₁模均截止。因而称式（13.36）为单模光纤的单模传输条件。由于V值选取不同，影响光纤芯包层中所占的光功率不同，如V=2.405，则芯包中功率比为0.84∶0.16；V=1时，则芯包功率比为0.3∶0.7。即V值越小，转移到包层中的光功率越多。因而实际的单模光纤其归一化工作频率V的选择一般在2.0～2.35之间。

对满足弱波导条件的式（13.36）稍加变形，可以得到如下单模光纤的设计方程：

则在满足式（13.36）条件下，根据式（13.37），可以画出调控光纤相对折射率差Δ与芯径a之间关系的单模光纤设计曲线，如图13.11所示。

例如，要求设计满足如下要求的单模光纤：V=2.25，λ₀=1.3μm，n₁=1.450。根据式（13.37）画出的单模光纤设计曲线。当调整Δ=0.002时，则相应的芯半径a≈5μm；若调整Δ=0.003，则芯半径约为a≈4.2μm。

实际单模光纤设计中，最广泛使用的Δ值为0.36％；纤芯直径理论上取值范围为2a=4～10μm，但实际应用于1.31μm和1.55μm两种工作波长电信系统中的单模光纤，其纤芯直径一般均为8～9μm；单模光纤包层结构的设计，应保证在光纤包层的外径处，包层中渐逝场的能量趋于零。一般包层外直径标准为125μm，内包层直径为10～100μm，视具体结构类型而异。

类似于阶跃多模光纤的表面波机理，单模光纤也会有少部分光能量越过芯包界面渗入到包层的一薄层中，尔后又反射回纤芯，因而可将其视为芯中的电磁场在径向有延伸。通常用“模场直径”来表征单模光纤的这一特性，作为单模光纤的一个重要参量。定义当模场的幅值下降到峰值的1/e（即0.37）、相应光强度下降到模场峰值强度的1/e²（即0.135）时，纤芯场分布曲线对应两点间的宽度（2a₀）为“模场直径”，并以MFD表示。一般模场直径略大于纤芯直径（约大10％～15％），如图13.12所示。例如，一种使用较广泛的单模光纤芯径为8.2μm，它在波长1310nm处的模场直径为9.2μm；而在波长1550nm处的模场直径则为10.4μm。

理论上阶跃多模和单模光纤的折射率分布均为简单的阶跃型（见图13.13（a）和图（b））；实际上为改善单模光纤的性能及制造的合理，单模光纤的折射率分布常为多层结构。例如，由ITU－T建议的G652常规型单模光纤即采用内、外包层的双包层结构（见图13.14（a）和图（b））；尔后为调整波导色散等又出现了多种优化的单模光纤结构，如零色散位移光纤、非零色散位移光纤等，此处不再展开。