光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。自1966年英籍华人高锟发表的论文中提出，用石英制作玻璃丝（光纤），其损耗可达20dB/km，可实现大容量的光纤通信以来，光纤通信得到了迅速发展。光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小等优点，而远优于电缆和微波通信的传输，已成为互联网中数据的主要传输介质。

在使用光纤传递信息时，在发送端首先要把传送的数据变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复成原数据。

光在空气中是沿直线传播的，光射向镜面时会发生反射，而从一种介质进入另一种介质时，会发生折射。当光从折射率大的介质进入折射率小的介质时，如果入射角大于临界值，就会发生全反射，因此在玻璃纤维外包裹一定的材料，就可以由全反射来保证光波只在玻璃纤维中传播，这就是光导纤维的工作原理。

光纤按传输模式可分为单模光纤和多模光纤。光以一特定的入射角度射入光纤，在光纤和包层间发生全发射，从而可以在光纤中传播，即称为一个模式。当光纤直径较大时，可以允许光以多个入射角射入并传播，此时就称为多模光纤；当直径较小时，只允许一个方向的光通过，就称为单模光纤。由于多模光纤会产生干扰、干涉等复杂问题，因此在带宽、容量上均不如单模光纤。实际通信中应用的光纤绝大多数是单模光纤。

光纤由纤芯、包层、涂敷层及外套组成，是一个多层介质结构的对称圆柱体。实用的光纤是比人的头发丝稍粗的玻璃丝，通信用纤芯的外径一般为125～140μm。纤芯的主体是SiO₂，里面掺有微量的其他材料，用以提高材料的光折射率。纤芯外面有包层，包层与纤芯有不同的光折射率，纤芯的光折射率较高，用以保证光信号主要在纤芯里进行传输。包层外面是一层涂料，主要用来增加光纤的机械强度，以使光纤不受外来损害。光纤的最外层是外套，起保护作用。

不同的光波有不同的波长与频率。石英光纤对特定波长的光波的传输损耗要明显小于其他波长的光波，这些特定的波长就是光纤的工作窗口。光纤通信具有三个工作窗口：

1）0.8～0.9μm，最低损耗为2.5dB/km，采用石英多模光纤，主要应用于近距通信，目前在传输网中已很少使用。

2）1.31μm，最低损耗为0.27dB/km，采用石英单模光纤，目前已获得大规模应用；

3）1.55μm，最低损耗为0.16dB/km，采用石英单模适当色散光纤，目前主要用于长距离传输系统，如跨海光缆等。

光纤作为传输介质具有以下主要特点。

1）传输频带宽。一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需1s左右即可将人类古今中外全部的文字资料传送完毕。目前，160Tbit/s的密集波分复用（DWDM）设备在实验室已经试制成功，这是有线电缆所无法想象的。(www.daowen.com)

2）传输距离长。在一定线路上传输信号时，由于线路本身的原因，信号的强度会随距离的增长而减弱，为了在接收端正确接收信号，就必须每隔一定距离加入中继器，进行信号的放大和再生。常用的同轴电缆的中继距离只有数千米，而光纤的传输损耗可低于0.2dB/km，理论上光纤的损耗极限可达0.15dB/km，目前已试制成功数千千米无须中继的光纤。

3）抗电磁干扰能力强。一是由于光纤是绝缘体，不存在普通金属导线的电磁感应和耦合等现象；二是光纤中传输的信号频率非常高，一般干扰源的频率远低于这个值，因此光纤抗电磁干扰的能力非常强。此外，光纤对于湿气等环境因素也具有很强的抵抗能力，这一特性使它非常适用于沿海区域和越洋通信。

4）保密性好。由于金属导线存在电磁感应现象，同时屏蔽不好导线本身就可以看作一段天线，因此其保密性较差。而光纤本身的工作原理使得光波只在光纤内传输（即使在拐角很大处，也只有少量泄漏），如果再在表面涂装吸光剂，基本上就不会发生信号泄漏。这一特性使光纤被大规模地应用于军用通信，美英等先进国家的军用通信网基本上已经是全光纤通信网。

5）体积小，重量轻。这个特点对于一些特殊应用领域具有重要的意义。例如，在航空航天应用中，标准的18管同轴电缆重11kg，而同等容量的光纤重90g。如果能够在人造卫星上节省几十千克的重量，就有可能降低几百万甚至上千万美元的成本。

6）需要经过额外的光/电转换过程。目前在通信网络中仍然是以电信号的形式进行信息的处理，要使用光纤进行数据传输，就必须先把电信号转换为光线信号，接收时亦然。这一处理过程增加了额外的复杂程度。

多种多样的通信业务迫切需要建立高速率的数据传输网。在传输网，特别是骨干网中，高速数字通信的速率正在向T（太）（10¹²）比特级迈进。要实现这样高速的数字通信，依靠无线媒质或是以传统电缆为代表的有线媒质均是不可想象的。这一难题直到光纤作为一种传输媒质被人们发现之后才得以破解。光纤的潜在容量可达数百太，比传统电缆的容量至少高出五个数量级。

1991年Lucent公司提出密集型光波复用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）技术。该技术利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输，从而可以在现有的光纤骨干网上提高带宽。

DWDM技术根据不同的频率以及波长将光纤的1.55pm低损耗区划分成多个光波道，在每个光波道建立载波，同时利用分波器在发送端合并各种不同规定波长的信号，将这些合并起来的信号集体传入一个光纤中，进行信号传输。传输到接收端时，再利用一个光解复用器将这些合并到一起的具有不同波长、不同光波的信号分解开，分成最初的状态，实现在一根光纤中可以传输多种不同信号的功能。目前的DWDM系统可提供16波/20波或32波/40波的单纤传输容量，最大可达160波，商业应用速率可以达到3.2Tbit/s。

与单信道系统相比，DWDM极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，而且它具有扩容简单和性能可靠等优点，预计将会在互联网的数据传输，尤其是干线传输上得到广泛应用。