光纤材料在冷却过程中因热扰动导致原子密度波动，形成尺寸小于光波长的折射率微区差异，这种微观不均匀性引发瑞利散射现象。瑞利散射损耗具有波长敏感性，在1310nm波段典型值为0.35dB/km，而1550nm波段可降至0.15dB/km[2] 。宏观尺度下的折射率不均匀则源于芯包层界面缺陷，如残留气泡或几何尺寸波动超过光波长量级时，会产生与波长无关的米氏散射。
预制棒熔炼阶段需将氧化物浓度波动控制在±0.5%以内，以降低掺杂剂分布不均导致的折射率畸变。拉丝工艺中保持速度稳定性（波动＜0.1%）可确保光纤直径不均匀度＜1%，从而将波导散射损耗限制在0.03dB/km以下[2] 。现代气相沉积技术使纤芯圆度偏差＜0.5μm，界面粗糙度＜50nm，显著降低结构缺陷引起的损耗。
机械装卡产生的横向挤压应力会使光纤折射率产生各向异性变化，这种应力双折射效应可通过偏振光应力仪定量检测。实验数据显示，横向固定方式导致的折射率不均匀度可达纵向限位方式的3-5倍[1] 。温度梯度引起的热应力会导致折射率分布变化，每10℃温差可使1550nm波段损耗增加0.02dB/km[2] 。
材料色散源于折射率随波长变化率（dn/dλ），而折射率空间分布不均会加剧偏振模色散。正交偏振态在折射率波动区域传播时产生差分群时延，这对高速系统产生显著影响。统计表明，折射率不均匀导致的偏振模色散占光纤总色散的15%-20%。
采用胶粘式装卡可使机械应力显著降低，同时保证位移量＜5μm[1] 。施工过程中需确保最小弯曲半径＞30倍光纤直径，避免弯曲形变与折射率不均产生协同损耗。在线监测系统通过OTDR技术可实时检测不均匀损耗点，定位精度达±1m[2] 。工艺改进使现代光纤的折射率不均匀参数NU%从1990年代的5%降至目前的＜0.8%。