采用自聚焦式多模纖維，可以顯著改善信號的延時失真。這是因為，自聚焦纖維的特點對x光信號傳輸是很有利的。我們知道，光線垂直地通過平行平麵玻璃板後，它的傳播方向不變；但是，光線通過三棱鏡、透鏡時，光線就要發生偏折或會聚。如前麵講過的那樣，一束平行光通過一個雙凸透鏡，就向中部會聚起來，叫做光的聚焦。利用這種性質，還能夠製成自行聚焦的纖維，即自聚焦式光學纖維。
自聚焦式纖維和包層式纖維的結構不同，傳光原理也不同。包層式光纖維如前述，是由兩種具有不同折射率的玻璃拉製而成的，包皮和芯料的折射率分布有明顯的界麵，光在此界麵上產生全反射，形成鋸齒形反射傳播路線，而自聚焦式光纖維則不同，在自聚焦纖維橫截麵上，折射率從軸心沿半徑方向大致以拋物線形狀連續下降，軸上折射率最大，邊緣折射率最小。由於纖維中各處的折射率不同，光在其中傳播時方向就要改變。
一根自聚焦光學纖維相當於許多微型透鏡的組合，自聚焦光纖對光產生聚焦作用，迫使光在纖維芯內傳播，光自動地向軸線方向逐漸折回靠攏，形成一個形近正弦曲線的傳播途徑。在理想的情況下，平行入射光線都能聚焦於1、2、3……點，因而產生自聚焦現象。其原因是：遠離軸線的光線大部分途徑在折射率小的區域，速度較大，盡管途徑較長，也可以與靠近軸心線的光線同時到達1、2、3……各個聚焦點。
光線在自聚焦纖維中是沿近於正弦形路線傳播的，經過的光程要短得多，而且沒有界麵上的全反射損耗。因此，聚焦式纖維的光透過率比包層式纖維的光透過率要高得多。
由此可見，聚焦式纖維比包層式纖維的延時失真要小得多。實際上，時延差小，並不隨成正比增長，而是同值成正比例，為模式間藕合長度。
自聚焦光學纖維不僅可以改善延時失真，而且可以簡化傳輸係統。自聚焦纖維相當於一個聚焦透鏡係統，這樣，用一根光學纖維就能夠傳送一幅完整的圖象了。這對於光纖傳送圖象來說是很有利的。
光學纖維能夠以任意彎曲的形狀、任意長度來傳送圖象，使某些光學係統結構簡化、象質改善。因此，它作為一種性能優良的光學元件，得到了廣泛的應用。
一種光學纖維潛望鏡。它的基本結構象醫用聽診器。它是一個叉形纖維束：上端有兩個分支，一支是觀察目鏡或者同光電接收器連接，用來觀察或者接收圖象、信號；另一支同光源相接，用來傳輸光，以照明被觀測的物體或目標。它的下端，是兩支任意並在一起的探測頭。為了提高探測效果，前麵可采用成象物鏡，以使所觀測的物體或目標成象在探測頭的端麵上。這種潛望鏡，可以直接用於觀察，也可以同光電係統接起來，用於對危險區域或快速運動物體、目標的觀測。
醫用的光學纖維內窺鏡。它包括成象、傳象和觀察記錄三個部分。一種高強度光源的光通過光學纖維束的傳光束送到內窺鏡頭部，通過導光孔照明被觀測物體。被觀測物體的象通過觀察窗而入射，經物鏡成象後，由光學纖維束送到目鏡和照相機。
如果將大量的光學纖維相互平行整齊地排列而熔壓在一起，就形成了傳遞光學象的光學纖維麵板。它能夠直接將光學象從麵板入射麵移到出射麵，大大縮小係統的體積，因此已普遍地用在需要接觸照相、記錄和耦合技術方麵。光學纖維麵板在陰極射線管中的應用，它大大提高了傳真圖象質量和記錄速度。此外，它還可以用於變象管和攝象管中。