Kabel serat optik mode tunggal membawa sinar intens tunggal sinar cahaya paralel yang biasanya dipancarkan oleh dioda laser injeksi (ILD) melalui lensa collimating pelurusan sinar; sinar kemudian berjalan ke saluran optik sempit untuk transmisi sinyal digital jarak jauh. Biasanya terbuat dari kaca, serat ini menawarkan bandwidth yang lebih besar dan kehilangan sinyal yang lebih sedikit daripada serat multimode. Inti mereka lebih tipis dari rambut manusia, berukuran sekitar delapan mikron (µm) dengan diameter, terbungkus kelongsong sekitar 125 m, dan mengirimkan sinar laser pada panjang gelombang yang lebih tinggi sekitar 1,300 atau 1,550 nanometer (nm). Dengan indeks refraksi yang lebih sedikit daripada serat multimode, sinar laser yang intens berjalan sejajar dengan sumbu serat, meminimalkan dispersi pulsa dan degradasi sinyal lainnya yang terjadi dalam gelombang jalinan serat multimode. Serat mode tunggal yang lebih mahal ini melayani kebutuhan jarak jauh dalam jaringan telekomunikasi dan televisi kabel.
Sebuah laser menyuntikkan kabel serat optik mode tunggal bandwidth tinggi dengan cahaya dengan lebar spektral sempit. Untaian panjang serat kaca biasanya menyebarkan transmisi laser dengan menggunakan multiplexing divisi gelombang (WDM), yang membagi sinyal dengan panjang gelombang yang berbeda untuk meningkatkan throughput transmisi. Ini sangat meningkatkan laju transmisi mode tunggal melalui serat multimode, hingga 50 kali jarak potensial.
Gelombang cahaya tunggal di inti yang lebih rapat hampir menghilangkan distorsi dari gangguan atau kehilangan cahaya. Ini menghasilkan kecepatan transmisi tertinggi dari pemancar ke penerima serat apa pun. Ini berfungsi terlepas dari interferensi elektromagnetik (EMI) dan melarang penyadapan dengan menghilangkan kebocoran sinyal. Panjang gelombang cahaya sekitar 1,300 nm melayani jarak yang lebih pendek dan 1,500 nm melayani jarak yang lebih jauh.
Dioda laser pemancar mengirimkan sinyal cahaya ke kabel serat optik mode tunggal. Seperti bola pingpong melalui pipa berdiameter sedikit lebih besar, cahaya, tidak dapat berhenti, memantul, melarikan diri, atau berbalik, bergerak maju melalui inti yang dikelilingi oleh lapisan non-penyerap yang sepuluh kali lebih tebal. Panjang gelombang merambat terus menerus ke depan dengan ketidakmampuan untuk membiaskan, memantulkan, atau menyebar sebagai panas di dalam pandu gelombang. Tidak ada tempat lain untuk dituju, kecuali jika menemui cacat manufaktur yang menyerap atau kesalahan pemasangan atau penyambungan.
Pulsa sinyal dapat berjalan melalui regenerator atau attenuator sampai mencapai penerima. Di sana, sebuah fotodioda menerjemahkan bentuk gelombang sekitar 8,000 kali per detik, mengubahnya kembali menjadi sinyal komputer elektronik sebagai data digital dan informasi audio/video. Ini seperti membaca seluruh rangkaian ensiklopedia 24 jilid dalam satu detik.
Dalam kabel serat optik mode tunggal, bentuk propagasi low-loss, orde terendah ini hanya dapat bekerja di atas panjang gelombang cutoff tertentu. Ini dikenal sebagai indeks langkah mode tunggal (SM). Ini berarti hanya sinar cahaya lurus yang dipilih untuk transmisi mode tunggal; mereka tidak berbaur atau terpental pada tingkat yang berbeda dalam perambatan gelombang mulitmode, seperti melalui inti yang lebih luas dari serat multimode.
Berbagai jenis kabel serat optik mode tunggal termasuk serat cutoff atau dispersi-shifted, non-zero dispersi-shifted, serat puncak air rendah, dan lain-lain. Juga dikenal sebagai serat mono-mode atau uni-mode, terutama digunakan untuk jaringan area luas (WAN); namun, telah mendapat perhatian yang meningkat dari jaringan area lokal (LAN), yang memperluas jangkauan mereka ke jarak yang lebih jauh dalam pengaturan seperti universitas atau kampus perusahaan. Kabel berbiaya lebih tinggi ini memiliki faktor pembatas seperti radius tekukan, sehingga harus direncanakan dengan hati-hati sebelum dipasang oleh teknisi yang ahli.