基本原理
光纖傳輸基于可用光在兩種介質界面發生全反射的原理。突變型光纖,n1為纖芯介質的折射率，n2為包層介質的折射率,n1大于n2，進入纖芯的光到達纖芯與包層交界面（簡稱芯-包界面）時的入射角大于全反射臨界角θc時,就能發生全反射而無光能量透出纖芯，入射光就能在界面經無數次全反射向前傳輸。原來當光纖彎曲時，界面法線轉向，入射角度小，因此一部分光線的入射角度變得小于θc而不能全反射。但原來入射角較大的那些光線仍可全反射，所以光纖彎曲時光仍能傳輸，但将引起能量損耗。通常，彎曲半徑大于50～100毫米時,其損耗可忽略不計。微小的彎曲則将造成嚴重的“微彎損耗”。
人們常用電磁波理論進一步研究光纖傳輸的機制，由光纖介質波導的邊界條件來求解波動方程。在光纖中傳播的光包含有許多模式，每一個模式代表一種電磁場分布，并與幾何光學中描述的某一光線相對應。光纖中存在的傳導模式取決于光纖的歸一化頻率ν值式中NA為數值孔徑，它與纖芯和包層介質的折射率有關。ɑ為纖芯半徑，λ為傳輸光的波長。光纖彎曲時，發生模式耦合，一部分能量由傳導模轉入輻射模，傳到纖芯外損耗掉。
性能：光纖的主要參數有衰減、帶寬等。
光纖衰減
造成光纖衰減的因素有散射損耗、吸收損耗和微彎損耗等。散射損耗主要由瑞利散射産生，它是由玻璃的不規則分子結構引起的微觀折射率波動所造成的，是光纖的固有損耗，也是光纖衰減的最低限。它與λ4成反比。在波長小于0.8微米時，瑞利散射損耗迅速上升，限制了光纖的使用。光纖基質材料SiO2和摻雜氧化物分子的本征吸收損耗又使光纖的衰減，在波長大于1.7微米時，迅速增大。因此，這類光纖的使用波長就被限制在0.8～1.7微米範圍内。在這一範圍内，衰減主要是石英玻璃中所含的雜質Fe++、Cu+ + 等過渡金屬離子和OH-。的吸收損耗造成的。随着純化工藝的改進，雜質吸收損耗已被基本上消除，從而達到了瑞利散射損耗的極限。光纖的不規則微小彎曲引起模式耦合，造成微彎損耗，因此在加工和使用中應盡量避免光纖微彎。
光纖帶寬
光纖傳輸的載波是光,雖然頻帶極寬,但并不能充分利用，這是由于光在光纖中傳輸有色散（模間色散、材料色散和波導色散）的緣故。它們在不同程度上影響光纖帶寬。
模間色散是由于不同模式的光線在芯-包界面上的全反射角不同，曲折前進的路程長短不一。因而,一束光脈沖入射光纖後,它所含的各模式經一定距離傳輸到達終點的時間會有先後，因而引起脈沖展寬。它可使一束窄脈沖展寬達20納秒/公裡左右，光纖的相應帶寬約為20兆赫·公裡。
材料色散是一種模内色散。光纖所傳輸的光即使是激光，也包含有一定譜寬的不同波長的光分量。例如，GaAlAs半導體激光器發出的激光譜寬約為2納米。光在介質中的傳輸速度與折射率 n有關，而石英介質的折射率随波長變化，因此當一束光脈沖入射光纖後，即使是同一模式，傳輸群速也會因光波長不同而有差異，緻使到達終點後的脈沖展寬,這就是材料色散。在1.3微米附近，折射率随波長的變化極小,因此,材料色散很小（例如3皮秒/公裡·納米）。消除模間色散可使光纖帶寬大大提高。純石英在1.27微米波長上具有零色散特性。
波導色散也是一種模内色散，是由于模式傳播常數随波長變化引起群速差異而造成的。波導色散更小。在1.3微米波長附近,材料色散顯着減小，以緻二者大緻相同，并有可能相互抵消。 光纖的種類按使用的材料分，有石英光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層光纖和塑料光纖等幾大類。其中石英光纖以高純SiO2玻璃作光纖材料，具有衰減低、頻帶寬等優點，在研究及應用中占主要地位。如按纖芯折射率分類主要有突變型光纖和漸變型光纖。按傳輸光的模式分，有多模光纖和單模光纖。
光纖分類
突變型
纖芯部分折射率不變,而在芯-包界面折射率突變。纖芯中光線軌迹呈鋸齒形折線。這種光纖模間色散大，帶寬隻有幾十兆赫·公裡。常做成大芯徑，大數值孔徑（例如芯徑為100微米，NA為0.30）光纖,以提高與光源的耦合效率，适用于短距離、小容量的通信系統。
漸變型
纖芯折射率分布如圖4。纖芯中心折射率最高，沿徑向按下式漸變：
n(r)=n1【1-2墹(r/ɑ)α】1/2(2)式中α為折射率分布指數。可以把這種光纖的纖芯分割成多層突變型光纖來分析其傳輸原理。在分析中可近似地認為各層内折射率均勻。當入射角為θ0的光線入射纖芯後，在各層界面依次折射。按折射定律，折射角θ1逐漸增大，直到大于全反射臨界角θc；發生全反射後，即折向纖芯中心。然後，經各層時折射角又逐漸減小，到達中心時仍為θ0。結果光線呈正弦形軌迹。高次模即入射角較大的光線處于靠近包層的區域，這裡折射率較小，光速較大，因此雖然路程較長，傳輸時間仍有可能與處于中心區的低次模接近或一緻，即各模式的光線軌迹可聚焦于一點，使模間色散大大減小。當折射率分布接近抛物線(α=2)時，模間色散最小，帶寬可達吉赫·公裡的水平。
單模光纖
當光纖的歸一化頻率ν<2.41時,光纖中隻允許單一模式（基模）傳輸，就成為單模光纖。根據式(2)，這種光纖芯徑和數值孔徑必然很小,一般芯徑隻有數微米，因此連接耦合難度大。由于是單模傳輸，消除了模間色散,在波長1.3微米附近材料色散又趨近于零，因此帶寬極大（可達數百吉赫·公裡）。單模光纖被視為今後大容量長途幹線通信的主要傳輸線。
玻璃光纖
組成光纖的玻璃成分以SiO2為主，約占百分之幾十，此外還含有堿金屬、堿土金屬、鉛硼等的氧化物。它的特點是熔點低（1400攝氏度以下），可用傳統的坩埚法拉絲，适于制做大芯徑、大數值孔徑光纖。這種光纖尚處于研制階段，故應用不多。
包層光纖
這是一種以高純石英作纖芯、塑料（如有機矽）作包層的突變型多模光纖。芯徑和數值孔徑較大，例如芯徑大于200微米，NA大于0.3。這種光纖便于連接和耦合，适于短距離小容量系統使用。
塑料光纖
光纖材料主要是特制的高透明度的有機玻璃、聚苯乙烯等塑料，可做成突變型或漸變型多模光纖，光纖衰減已從初期的500～1000分貝/公裡降低到數十分貝/公裡,但仍須進一步降低。它的特點是柔軟、加工方便、芯徑和數值孔徑大。
被複光纖
裸光纖脆而易斷，這是因為玻璃光纖表面總是存在随機分布的微裂紋，在潮氣、塵埃和應力作用下迅速增殖而導緻破壞。在光纖拉絲的同時立即塗複一層塑料護層，制成一次被複光纖，可保證光纖的高強度和長壽命。但為了進一步提高其耐壓和抗彎折等機械性能，便于成纜和使用，往往在表面上再擠複一層較厚的塑料層，這就是二次被複光纖,也稱被複光纖。它的外徑一般為 1毫米左右。按照光纖在二次被複護層中的松動狀态，還可分為松包光纖和緊包光纖兩類。
新型介紹
用于長途通信的新型大容量長距離光纖光纜
主要是一些大有效面積、低色散維護的新型G.655光纖光纜，其PMD值極低，可以使現有傳輸系統的容量方便地升級至10～40Gbit/s，并便于在光纖光纜上采用分布式拉曼效應放大，使光信号的傳輸距離大大延長。
用于城域網通信的新型低水峰光纖光纜
城域網設計中須要考慮簡化設備和降低成本，還須要考慮非波分複用技能（CWDM）運用的可能性。低水峰光纖光纜在1360～1460nm的延伸波段使帶寬被大大擴展，使CWDM系統被極大地優化，增大了傳輸信道、增長了傳輸距離。一些城域網的設計可能不僅要求光纖光纜的水峰低，還要求光纖光纜具有負色散值，一方面可以抵消光源光器件的正色散，另一方面可以組合運用這種負色散光纖光纜與G.652光纖光纜或G.655标準光纖光纜，運用它來做色散補償，從而防止複雜的色散補償設計，節約成本。如果将來在城域網光纖光纜中采用拉曼放大技能，這種網絡也将具有明顯的優勢。但是畢竟城域網的規範還不是很成熟，所以城域網光纖光纜的規格将會随着城域網模式的變化而不斷變化。
用于局域網的新型多模光纖光纜
由于局域網和用戶駐地網的高速發展，大量的綜合布線系統也采用了多模光纖光纜來代替數字電纜，因此多模光纖光纜的市場份額會逐漸加大。之所以選用多模光纖光纜，是因為局域網傳輸距離較短，雖然多模光纖光纜比單模光纖光纜價格貴50%——100%，但是它所配套的光器件可選用發光二極管，價格則比激光管便宜很多，而且多模光纖光纜有較大的芯徑與數值孔徑，容易連接與耦合，相應的連接器、耦合器等元器件價格也低得多。ITU-T至今未接受62.5/125μm型多模光纖光纜标準，但由于局域網發展的須要，它仍然得到了廣泛運用。而ITU-T推選的G.651光纖光纜，即50/125μm的标準型多模光纖光纜，其芯徑較小、耦合與連接相應困難一些，雖然在部分歐洲國家和日本有一些運用，但在北美及歐洲大多數國家很少采用。針對這些疑問，目前有的公司已執行了改良，研制出新型的5O/125μm光纖光纜漸變型（G1）光纖光纜，區别于傳統的50/125μm光纖光纜纖芯的梯度折射率分布，它将帶寬的正态分布執行了調整，以配合850nm和1300nm兩個窗口的運用，這種改良可能會為50/125pm光纖光纜在局域網運用找到新的市場。
前途未蔔的空芯光纖光纜
據報道，美國一些公司及大學研究所正在開發一種新的空芯光纖光纜，即光是在光纖光纜的空氣夠傳輸。從理論上講，這種光纖光纜沒有纖芯，減小了衰耗，增長了通信距離，防止了色散導緻的幹擾現象，可以支持更多的波段，并且它允許較強的光功率注入，估計其通信能力可達到光纖光纜的100倍。歐洲和日本的一些業界人士也十分關注這一技能的發展，越來越多的研究證明空芯光纖光纜似有可能。如果真能實用，就能處理現有光纖光纜系統長距離傳輸的疑問，并大大降低光通信的成本。但是，這種光纖光纜運用起來還會遇到許多棘手的疑問，比如光纖光纜的穩定性、側壓性能及彎曲損耗的增大等。因此，對于這種光纖光纜的現場運用還需做進一步的探讨。
參考要點
光纖光纜的選用除了根據光纜芯數和光纖種類，還要根據光纖的使用來選擇光纜的外護套，在選用時要注意以下幾點：
1.戶外用光纜直埋時，宜選铠裝光纜，架空時，可選用兩根或多根加強筋的黑色塑料外護套的光纜。
2.建築物内用的光纜在選用時應該注意其阻燃，毒和煙的特性，一般在管道中和強制通風處，可選用阻燃和有煙的類型，暴露的環境中應選用阻燃、無煙和無毒的類型。
3樓内垂直布線時，可選用層絞是光纜；水平布線式，可選用分支光纜。
4.傳輸距離在2kg以内的可選用多模光纜；超過2kg可選用中繼或單模光纜。
以上是單從應用方面考慮應該主義的幾個問題，實施時候還需要靈活掌握，其實，布線環境複雜多樣，各種問題都可能随時出現，這就需要我們在規劃和施工時嚴格按照布線标準實施，遇到問題，靈活分析，就會圓滿解決。
單模光纖，隻傳輸主模，也就是說光線隻沿光纖的内芯進行傳輸，由于完全避免了模式射散使得單模光纖的傳輸頻帶很寬，因而适用于大容量，長距離的光纖通訊，單模光纖使用的光波長1310nm或1550nm。
多模光纖，在一定的工作波長下，有多個模式在光纖中傳輸，這種光纖稱之為多模光纖，由于色散或像差，因此這種光纖傳輸性能較差頻帶比較窄，傳輸容量比較小，距離也比較短。
光纖光纜的選擇要點
1、光纜芯數的選定
在施工方便的條件下，盡量選擇盤長較大的光纜。選擇光纜芯數時，要把效益和長期規劃結合起來，充分考慮擴容的可能性；根據“建設一條線服務一大片”的指導思想，充分考慮沿途各大單位的通信需要。
2、光纜結構程式的選擇
長途幹線光纜應采用波長1310nm窗口，并能在1550nm窗口使用的單模光纖；光纖篩選張力應不小于5N（牛頓）；采用無金屬線對光纜，在雷擊嚴重或強電影響地段可采用非金屬構件加強芯光纜，光纜芯采用充油膏結構。
光纜護層結構選擇的規定：架空和管道光纜（簡易塑料管管道）為防潮層+PE外護層；直埋光纜為防潮層+PE内護層+鋼帶铠裝層+PE外護層；水底光纜為防潮層+PE内護層+粗鋼絲铠裝層+PE外護層。
光纜的機械性能應符合表1.1所規定。光纜承受短期允許張力或側壓力，在張力或側壓力解除後光纖衰減不變化，光纖延伸率不大于0.15%；光纜在承受長期允許張力或側壓力時，光纖衰減不變化，光纜延伸率不大于0.2%，光前沒有應變。
3、水底光纜的選用
通航機動船、帆船、木筏較多的主要航運河流，應采用鋼絲铠裝光纜；河水流速特别急、河道變化較大時，應采用雙層鋼絲铠裝光纜；河寬（兩堤或自然岸間）大于150m的平原河流，宜采用鋼絲铠裝光纜；有的河寬雖小于150m，但流速較大（3m/s以上）、河床土質松散、兩岸易受沖刷塌方、河底坎坷不平或為石質河床、大卵石河床，應才用剛絲铠裝的水底光纜；有的河寬雖不大于150m，但河床土質穩定，流速很小，河道順直又無沖刷現象，可不采用剛絲铠裝的水底光纜；山區河流，應根據河床土質、流速、流量的大小、沖刷程度以及上遊水文等情況确定。備用水底光纜的設置，綜合考慮的因素有：特大的河流；河床穩定性能很差的較大河流；有其他特殊要求；限于自然地形和施工條件，光纜的安全程度較差或搶修很困難。
延長光纖光纜的使用壽命的方法
第一，當疲勞參數n一定時，纖維的壽命ts隻與所承受到的應力σ有關，因此，減小纖維承受到的應力是提高光纖使用壽命的一種方法。當人們制造光纖時，在光纖表面上形成一種壓縮應力以對抗所承受到的張應力，使張應力減到盡可能小的程度，由此就産生了壓應力包層技術來制造光纖。
若設光纖承受到的應力為σa，壽命為t1，當光纖具有壓應力σR包層時，光纖的壽命為t2：t2=t1[(σa-σR)/σa]-n，其中，(σa-σR)為光纖真正承受到的淨應力。由此表明：具有壓應力包層的光纖比一般光纖的壽命長得多。近年來就有人用摻GeO2石英做光纖表面的壓縮層，也有人用摻TiO2石英做光纖的外包層使光纖本身的抗拉強度從50kpsi提高到130kpsi（相當抗拉強度從430g提高到1100g），也使光纖的靜态疲勞參數從n=20～25提高到n=130。
第二，提高光纖的靜态疲勞參數n來提高光纖的使用壽命。因此，人們在制造光纖時，設法把石英纖維本身與大氣環境隔絕開來，使之不受大氣環境的影響，盡可能地把n值由環境材料參數轉變為光纖材料本身的參數，就可以使n值變得很大，由此産生了在光纖表面的“密封被複技術”。
展望
由于瑞利散射損耗與λ4成反比，石英光纖在長波長（1.3～1.6微米）下具有更低的衰減，因此長波長光纖将獲得最廣泛的使用。1.3微米的長波長光纖已取代0.85微米的短波長光纖。人們正在研制1.55微米波長的傳輸系統。以及工作波長更長、衰減更低的新型光纖材料。單模光纖具有更高的帶寬，并能适應相幹傳輸和外差接收新技術，可大大擴展中繼距離和信息容量，已成為人們研究的重點，單模光纖可在長途幹線及海底光纜中大量使用。工作在一個偏振狀态的偏振維持型單模光纖适用于相幹傳輸和相位調制型光纖傳感器。
