光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是‘光的全反射'。前香港中文大学校长高锟首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，因此获得2009年诺贝尔物理学奖。

一、光纤的发现

1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。

这是为什么呢？难道光线不再直进了吗？这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是全反射的作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进。

后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。

直到1960年，美国科学家Maiman发明了世界上第一台激光器后，为光通讯提供了良好的光源。随后二十多年，人们对光传输介质进行了攻关，终于制成了低损耗光纤，从而奠定了光通讯的基石。从此，光通讯进入了飞速发展的阶段。

二、光纤的结构原理

1.光纤结构：

光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯，中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125μm），最外是加强用的树脂涂层。

细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。

在多模光纤中，光纤通常被扎成束，纤芯通常是由石英玻璃制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，芯的直径是50μm和62.5μm两种，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8μm-10μm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光线保持在芯内。它质地脆，易断裂，因此需要外加一层薄的塑料外套，用来保护封套。根据光的折射和全反射原理，当光线射到内芯和外层界面的角度大于产生全反射的临界角时，光线透不过界面，全部反射。

2.光纤的数值孔径：

入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。

3.光纤的种类：

光纤的种类很多，根据用途不同，所需要的功能和性能也有所差异。但对于有线电视和通信用的光纤，其设计和制造的原则基本相同，诸如：

① 损耗小；

② 有一定带宽且色散小；

③ 接线容易；

④ 易于成统；

⑤ 可靠性高；

⑥ 制造比较简单；

⑦ 价廉等。

光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上进行的。

⑴ 工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤（0.85μm、1.3μm、1.55μm）。

⑵ 折射率分布：阶跃（SI）型光纤、近阶跃型光纤、渐变（GI）型光纤、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。

⑶ 传输模式：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏振保持光纤）、多模光纤。

⑷ 原材料：石英光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料光纤（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。按被覆材料还可分为无机材料（碳等）、金属材料（铜、镍等）和塑料等。

三、光纤的传输优点

光纤传输有下列突出的优点：

⒈ 频带宽

频带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高，可以传输信号的频带宽度就越大。在VHF频段，载波频率为48.5MHz～300Mhz。带宽约250MHz，只能传输27套电视和几十套调频广播。可见光的频率达100000GHz，比VHF频段高出一百多万倍。尽管由于光纤对不同频率的光有不同的损耗，使频带宽度受到影响，但在最低损耗区的频带宽度也可达30000GHz。目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分(多模光纤的频带约几百兆赫，好的单模光纤可达10GHz以上)，采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波，进行波分复用，可以容纳上百万个频道。

⒉ 损耗低

光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，传输1.31um的光，每公里损耗在0.35dB以下，若传输1.55um的光，每公里损耗更小，可达0.2dB以下。这就比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍。光纤被用作长距离的信息传递，其能传输的距离要远得多。此外，光纤传输损耗还有两个特点：

一是在全部有线电视频道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必须引入均衡器进行均衡；

二是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。

⒊ 重量轻

因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4um～10um，外径也只有125um，加上防水层、加强筋、护套等，用4～48根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。

⒋ 抗干扰能力强

因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。在光纤中传输的信号不易被窃听，因而利于保密。