理論上單模光纖中只傳輸一個基模，但實際上，在單模光纖中有兩個模式，即橫向電場沿y方向極化和沿x方向極化的兩個模式。它們的極化方向互相垂直，這兩種模式分別表示為和。
在理想的軸對稱的光纖中，這兩個模式有相同的傳輸相位常數(shù)β，它們是相互簡并的。但在實際光纖中，由于光纖的形狀、折射率及應力等分布得不均勻，將使兩種模式的β值不同，形成相位差δβ，簡并受到破壞。這種現(xiàn)象叫做雙折射現(xiàn)象。由于雙折射的存在將引起偏振狀態(tài)沿光纖長度變化。
1．線偏振、橢圓偏振和圓偏振
偏振即極化的意思，是指場矢量的空間方位。一般選用電場強度e來定義偏振狀態(tài)。如果矢量端點描繪出一條與x軸成ψ角的直線，稱為線偏振，如圖2-14（a）所示。
如果電場的水平分量與垂直分量振幅相等、相位相差π/2，則合成的電場矢量將隨著時間t的變化而圍繞著傳播方向旋轉(zhuǎn)，其端點的軌跡是一個圓，稱為圓偏振，如圖2-14（b）所示。如果電場強度的兩個分量空間方向相互垂直，且振幅和相位都不相等，則隨著時間t的變化，合成矢量端點的軌跡是一個橢圓，稱為橢圓偏振，如圖2-14（c）所示。
圖2-14 三種偏振狀態(tài)
2．單模光纖的雙折射
（1）雙折射定義
單模光纖中，兩個互相正交的偏振光，具有不同的相位常數(shù)，叫做單模光纖的雙折射。它是一種各向異性的表現(xiàn)，即光波在互相正交的兩個方向偏振時，呈現(xiàn)出折射率不同，即n1x≠n1y，這樣使得lp01x與lp01y的相位常數(shù)βx≠βy。
（2）雙折射的分類
根據(jù)雙折射的特性，可分為線雙折射、圓雙折射和橢圓雙折射。
① 線雙折射
線偏振光如果在兩個正交方向上，有不同的折射率，因而有不同的相位常數(shù)β，這種雙折射稱為線雙折射。
② 圓雙折射
在傳輸媒質(zhì)中，當左旋圓偏振波和右旋圓偏振波有不同的折射率時，將使其有不同的相位常數(shù)，這種雙折射稱為圓雙折射。
③ 橢圓雙折射
當線雙折射和圓雙折射同時存在于單模光纖中時，稱為橢圓雙折射。
（3）雙折射對偏振狀態(tài)的影響
單模光纖中，光波的偏振狀態(tài)是沿傳播方向（z軸）作周期性變化的。這主要是由于雙折射的存在，使得lp01x與lp01y的傳播速度不相等（因為βx≠βy），形成了相位差
δβ=βx-βy （2-72）
稱為偏振雙折射率，于是偏振狀態(tài)將沿光纖長度變化，對線雙折射來說，沿光纖z方向，將由線偏振變?yōu)闄E圓偏振，再變?yōu)閳A偏振，呈周期性地變化，將偏振狀態(tài)變化了一個周期的長度叫做單模光纖的拍長。也可以這樣理解：兩個正交的偏振模（即lp01x和lp01y），當相位變化之差為2π時，這個長度為一個拍長。
雙折射對偏振狀態(tài)的影響，如圖2-15所示。
圖2-15 雙折射對偏振狀態(tài)的影響
根據(jù)拍長定義，可寫出