光纖中的非線性效應, 諸如受激拉曼散射(SRS)、 受激布里淵散射(SBS)以及光學克爾效應, 在通信 和光信號處理領域有諸多應用。在克爾效應中，導光介質材料的折射率隨光功率變化，這將導致一系列次級效應，例如自相位調制(SPM)、交叉相位調制 (XPM)、四波混頻(FWM)、以及非穩態調制。利用克爾效應的應用包括光參量放大、頻率轉換、相位耦合、脈沖壓縮與產生、光孤子傳輸等。 高非線性光纖的設計需要考慮以下幾個方面：首先，光纖要有高的非線性以獲得有效的非線性相互作用；其次光纖須有較低的損耗以增加有效作用長度 Leff。再者，對于各種應用，光纖要有相匹配的色散特性。最后，非線性光纖須有低的偏振模式色散(PMD)。對于石英基的高非線性光纖，折射率剖面的設計對于滿足以上要求起重要作用。在高非線性光纖的設計中，小的芯區有效面積 Aeff，低的色散斜率以及遠小于工作波長的截止波長必須同時實現。 高非線性光纖不但擁有較高的非線性，且同時擁有很低的色散斜率。采用靈活的 W 型剖面設計，在階躍折射率芯周圍引入低折射率內包層。