光纤的纤芯首要选用高纯度的二氧化硅(SiO2)，并掺有少量的掺杂剂，进步纤芯的光折射率n1；包层也是高纯度的二氧化(SiO2)，也掺有一些的掺杂剂，以下降包层的光折射率n2， n1＞n2，发生全反射；涂覆层选用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙，添加机械强度和可曲折性。

　　全反射原理：因光在不同物质中的传达速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的接壤面处会发生折射和反射。而且，折射光的视点会随入射光的视点改动而改动。

　　不同的物质对相同波长光的折射视点是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射视点也是不同。光纤通讯便是根据以上原理而构成的。

　　依照几许光学全反射原理，射线在纤芯和包层的接壤面发生全反射，并构成把光闭锁在光纤芯内部向前传达的必要条件，即便通过曲折的路由光线也不射出光纤之外。

　　1966年，美籍华人高锟和霍克哈姆宣布论文，光纤的概念由此发生。1970年，美国康宁公司初次研发成功损耗为20dB/km的光纤，光纤通讯年代由此开端。

　　1977年美国在芝加哥初次用多模光纤成功地进行了光纤通讯试验。其时8.5微米波段的多模光波为第一代光纤通讯体系。随即在1981年、1984年以及19世纪80年代中后期，光纤通讯体系敏捷开展到第四代。第五代光纤通讯体系抵达了运用的规范，完成了光波的长间隔传输。

　　第一阶段：1966-1976年，是从根底研讨到商业运用的开发时期。在这一阶段，完成了短波长0.85μm低速率45或34Mb/s多模光纤通讯体系，无中继传输间隔约10km。

　　第二阶段：1976-1986年，这是以进步传输速率和添加传输间隔为研讨方针和大力推行运用的大开展时期。在这个时期，光纤从多模开展到单模，作业波长从短波长0.85μm开展到长波长1.31μm和1.55μm，完成了作业波长为1.31μm、传输速率为140565Mb/s的单模光纤通讯体系，无中继传输间隔为10050km。

　　第三阶段：1986-1996年，这是以超大容量超长间隔为方针、全面深入开展新技能研讨的时期。在这个时期，完成了1.55μm色散移位单模光纤通讯体系。选用外调制技能，传输速率可达2.510Gb/s，无中继传输间隔可达150100km。试验室能够抵达更高水平。

　　依照制作光纤所用的资料分：石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤。

　　塑料光纤是用高度通明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）制成的。它的特色是制作本钱低价，相对来说芯径较大，与光源的耦合功率高，耦合进光纤的光功率大，运用便利。但因为损耗较大，带宽较小，这种光纤只适用于短间隔低速率通讯，如短间隔计算机网链路、船只内通讯等。现在通讯中遍及运用的是石英系光纤。

　　单模光纤：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种方法的光。因而，其模间色散很小，适用于长途通讯，但还存在着资料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和安稳性有较高的要求，即谱宽要窄，安稳性要好。后来又发现在1.31μm波利益，单模光纤的资料色散和波导色散一为正、一为负，巨细也正好持平。

　　这便是说在1.31μm波利益，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31μm处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31μm波长区就成了光纤通讯的一个很抱负的作业窗口，也是现在有用光纤通讯体系的首要作业波段。1.31μm惯例单模光纤的首要参数是由世界电信联盟ITU－T在G652主张中确认的，因而这种光纤又称G652光纤。

　　多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种方法的光。但其模间色散较大，这就约束了传输数字信号的频率，而且随间隔的添加会愈加严峻。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只要300MB的带宽了。因而，多模光纤传输的间隔就比较近，一般只要几公里。

　　阶跃型：光纤的纤芯折射率高于包层折射率，使得输入的光能在纤芯一包层接壤面上不断发生全反射而跋涉。这种光纤纤芯的折射率是均匀的，包层的折射率稍低一些。光纤中心芯到玻璃包层的折射率是骤变的，只要一个台阶，所以称为阶跃型折射率多模光纤，简称阶跃光纤，也称骤变光纤。

　　这种光纤的传输方法许多，各种方法的传输途径不相同，经传输后抵达结尾的时刻也不相同，因而发生时延差，使光脉冲遭到展宽。所以这种光纤的模间色散高，传输频带不宽，传输速率不能太高，用于通讯不行抱负，只适用于近间隔低速通讯，比方：工控。但单模光纤因为模间色散很小，所以单模光纤都选用骤变型。这是研讨开发较早的一种光纤，现在已逐步被筛选了。

　　突变型光纤：为了处理阶跃光纤存在的坏处，人们又研发、开发了突变折射率多模光纤，简称突变光纤。光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐步变小，可使高次模的光按正弦方法传达，这能削减模间色散，进步光纤带宽，添加传输间隔，但本钱较高，现在的多模光纤多为突变型光纤。

　　突变光纤的包层折射率散布与阶跃光纤相同，为均匀的。突变光纤的纤芯折射率中心最大，沿纤芯半径方向逐步减小。因为高次模和低次模的光线分别在不同的折射率层界面上按折射规律发生折射，进入低折射率层中去，因而，光的跋涉方向与光纤轴方向所构成的视点将逐步变小。

　　相同的进程不断发生，直至光在某一折射率层发生全反射，使光改动方向，朝中心较高的折射率层跋涉。这时，光的跋涉方向与光纤轴方向所构成的视点，在各折射率层中每折射一次，其值就增大一次，终究抵达中心折射率最大的当地。

　　在这今后、和上述完全相同的进程不断重复进行，由此完成了光波的传输。能够看出，光在突变光纤中会自觉地进行调整，然后终究抵达目的地，这叫做自聚焦。

　　短波长光纤是指0.8～0.9μm的光纤；长波长光纤是指1.0～1.7μm的光纤；而超长波长光纤则是指2μm以上的光纤。

　　现在，世界上单模光纤的规范首要是ITU－T的系列：G.650“单模光纤相关参数的界说和试验办法”、G.652“ 单模光纤和光缆特性”、G.653“色散位移单模光纤和光缆特性”、G.654“截止波长位移型单模光纤和光缆特性 ”、G.655“非零色散位移单模光纤和光缆特性”及G.656“用于宽带传输的非零色散位移光纤和光缆特性”。ITU －T对多模光纤的规范是G.651“50／125μm多模突变折射率光纤和光缆特性”。

　　一般单模光纤是指零色散波长在1 310 nm窗口的单模光纤，又称色散未移位光纤或一般光纤，世界电信联盟 （ITU－T）把这种光纤规范为G.652光纤。

　　G.652归于第一代单模光纤，是1310 nm波长功用最佳的单模光纤。当作业波长在1310 nm时，光纤色散很小，色 散系数D在0～3.5 ps/nm·km，但损耗较大，约为0.3～0.4 dB/km。此刻，体系的传输间隔首要受光纤衰减约束。

　　在1 550 nm波段的损耗较小，约为0.19～0.25 dB/km，但色散较大，约为20 ps／nm·km。传统上在G.652上注册 的PDH体系多是选用1310nm零色散窗口。但近几年注册的SDH体系则选用1550nm的最小衰减窗口。

　　关于根据2.5 Gb/s及其以下速率的DWDM体系，G.652光纤是一种最佳的挑选。但因为在1550nm波段的色散较大， 若传输10 Gb/s的信号，一般在传输间隔超越50km时，需求运用价格昂贵的色散补偿模块，这会使体系的总本钱增 大。色散补偿模块会引进较大的衰减。因而常将色散补偿模块与EDFA一同作业，置于EDFA两级扩大之间，避免占用链路的功率余度。

　　G.652A光纤首要适用于ITU－T G.951规则的SDH传输体系和G.691 规则的带光扩大的单通道直到STM－16的SDH传输体系，只能支撑2.5Gb／s及其以下速率的体系。

　　G.652B光纤首要 适用于ITU－T G.957规则的SDH传输体系和G.691规则的带光扩大的单通道SDH传输体系直到STM－64的ITU－T G.692带光扩大的波分复用传输体系，能够支撑对PMD有参数要求的10 Gb/s速率的体系。

　　G.652C光纤的适用规划同 B类类似，这类光纤答应G.951传输体系运用在1 360～1 530 nm之间的扩展波段，添加了可用波长数。

　　G.652D光纤 为无水峰光纤，其特色与G.652B光纤根本相同，而衰减系数与G.652C光纤相同，能够作业在1360～1530nm全波段 。

　　G.653色散位移光纤，是在G.652光纤的根底上，将零色散点从1 310 nm窗口移动到1 550 nm窗口，处理了1 550 nm波长的色散对单波长高速体系的约束问题。但是因为EDFA在DWDM中的运用，进入光纤的光功率有很大的进步， 光纤非线性效应导致的四波混频在G.653光纤上对DWDM体系的影响严峻，G.653并没有得到广泛推行。首要原因是 在1 550 nm窗口，G.653的色散十分小，比较简略发生各种光学非线性效应网。

　　G.655非零色散位移光纤是在1 550 nm窗口有合理的、较低的色散，能够下降四波混频和穿插相位调制等非线性 影响，一起能够支撑长间隔传输，而尽量削减色散补偿网。

　　G.655光纤在1 550 nm波长区的色散值约为2 ps/nm·km。在1 550 nm处具有正色散的G.655光纤能够运用色散补 偿其一阶和二阶色散。具有负色散的G.655光纤不存在调制不安稳性问题，对穿插相位调制不灵敏。

　　第二代G.655光纤包含低色散斜率光纤和大有用面积光纤。所谓色散斜率指光纤色散随波长改动的速率，又称高阶色散。DWDM体系中，因为色散斜率的效果，各通路波长的色散堆集量是不同的，其间 坐落两边的边际通路间的色散堆集量不同最大。

　　当传输间隔超越必定值后，具有较大色散堆集量通路的色散值超 标，然后约束了整个WDM体系的传输间隔。低色散斜率光纤具有更合理的色散规范值，简化了色散补偿。

　　其色散随波长的改动崎岖比其他非零 色散光纤要小35％～55％，然后使光纤在低波段的色散有所添加，能够较好地约束四波混频和穿插相位调制影响 ，而另一方面又能够使高波段的色散不致过大，依然能够使10 Gb/s信号传输满意远的间隔而无须色散补偿。

　　大有用面积光纤具有较大的有用面积，可接受较高的光功率，因而能够更有用地战胜光纤的非线性影响。超高 速体系的首要功用约束是色散和非线性。

　　一般，线性色散能够用色散补偿的办法来消除，而非线性的影响却不能 用简略的线性补偿的办法来消除。进步光纤纤芯的有用面积，下降纤芯内的光功率密度，是处理非线性问题的办法之一。

　　大有用面积光纤的有用面积达72μ㎡以上，零色散点处于1 510 nm左右，其色散系数在1 530～1 565 nm 窗口内处于2～6 ps/nm km之内，而在1 565～1 625 nm窗口内处于4.5～11.2 ps/nm·km之内，然后能够进一步减小四波混频的影响。

　　尽管单模光纤的种类不断呈现，功用被不断地丰厚和增强着，但多模光纤并没有被单模光纤所替代，而是依然坚持了安稳的商场份额，而且得到了不断的开展。

　　在传输间隔较短、节点多、接头多、弯路多、连接器和耦合器 用量大、规划小、单位光纤长度运用光源个数多的网络中，运用单模光纤无源器材比多模光纤要贵，而且相对精 密、容差小，操作不如多模器材便利牢靠。

　　多模光纤的芯径较粗，数值孔径大，、能从光源中耦合更多的光功率 ，习惯了网络中弯路多、节点多、光功率分路频频、需求有较大光功率的特色。多模光纤的特性正好满意了这种网络用光纤的要求。

　　单模光纤只能运用激光器（LD）作光源，其本钱比多模光纤运用的发光二极管（LED）高许多。笔直腔面发射激 光器（VCSEL）的呈现，更增强了多模光纤在网络中的运用。VCSEL具有圆柱形的光束断面和高的调制速率，与光 纤的耦合更简略，而价格则与LED挨近。

　　因而尽管仅从光纤的视点看，单模光纤功用比多模光纤好，但是从整个网络用光纤的视点看，多模光纤则占有 更大的优势。多模光纤一直是网络传输介质的主体，跟着网络传输速率的不断进步和VCSEL的运用，多模光纤得到 了更多的运用，而且促进了新一代多模光纤的开展。

　　ISO/IEC 11801所公布的新的多模光纤规范等级中，将多模光纤分为OM1，OM2，OM3三类。其间OM1是指传统的62.5/125μm多模光纤，OM2是指传统的50/125μm多模光纤，0M3是指新式的万兆位多模光纤。

　　常用的62.5/125μm突变折射率多模光纤是指IEC－60793－2光纤产品规范中的Alb类型。它的诞生晚于50/125μm突变折射率多模光纤。

　　因为62.5/125μm光纤的芯径和数值孔径较大，具有较强的集光才能和抗曲折特性，特别是在20世纪90年代中期曾经，局域网的速率较低，对光纤带宽的要求不高，因而使这种光纤获得了最广泛的运用，成为20世纪80年代中期至90年代中期的十年间在大多数国家中数据通讯光纤商场中的主流产品。

　　62.5/125μm突变折射率多模光纤是最早被美国选用为多家行业规范的一种多模光纤，如AT＆T的室内配线体系规范；美国电子工业协会（ETA）的局域网规范；美国国家规范研讨所（ANSI）的100 Mb/s令牌网规范；IBM的令牌环规范等。

　　一般的50/125μm突变折射率多模光纤是指IEC－60793－2光纤产品规范中的Ala类型。历史上，为了尽可能地下降局域网的体系本钱，遍及选用价格低价的LED作光源，而不必价格昂贵的LD。

　　因为LED输出功率低，发散角比LD大许多，连接器损耗大，而50/125μm多模光纤的芯径和数值孔径都比较小，不利于与LED的高效耦合，不如芯径和数值孔径大的62.5/125μm（Alb类）光纤能使较多的光功率耦合到光纤链路中去，因而，50/125μm突变折射率多模光纤在20世纪90年代中期曾经没有被得到广泛的运用，而是首要在日本和德国被作为数据通讯规范运用。

　　自20世纪末以来，局域网向lGb/s速率以上开展，以LED作光源的62.5/125μm多模光纤的带宽己经不能满意要求。与62.5/125μm多模光纤比较，50/125μm多模光纤数值孔径和芯径较小，带宽比62.5/125μm多模光纤大，制作本钱也下降1/3。

　　因而，50/125μm多模光纤重新得到了广泛的 运用。IEEE802.3z千兆位以太网规范中规则50/125μm多模和62.5/125μm多模光纤都能够作为千兆位以太网的传 输介质运用。但对新建网络，一般首选50/125μm多模光纤。

　　50/125μm突变折射率多模光纤中传输模的数目大约是62.5/125μm多模光纤中传输模的1/2.5，有用地下降了多 模光纤的模色散，使得带宽得到了明显的添加。

　　以上两种光纤具有相同的包层直径和机械功用，但是二者的带宽，以及与光源的耦合功率影响了其运用规划。

　　较高的带宽能够传送较高的速率或支撑较长的间隔。在850 nm波长，50/125μm多模光纤的带宽（500 MHz·km）是 62.5/125μm多模光纤带宽（200 MHz·km）的两倍多。

　　但是50 gm较小的芯径减小了根据LED光源的耦合输入光功 率，然后减小了链路中答应的接头数和削减了受功率约束支撑的间隔。关于850 nm波长千兆位以太网，62.5/125 μm多模光纤能支撑的链路长度为220m，50/125μm多模光纤能支撑的链路长度为550m。两种光纤在300 m的长度内 都能供给满意的带宽。

　　跟着850 nm低价格VCSEL的呈现和广泛运用，850nm窗口重要性添加了。VCSEL能以比长波长激光器低的价格给用 户进步网络速率。50/125μm多模光纤在850nm窗口具有较高的带宽，运用低价格VCSEL能支撑较长间隔的传输，适 合于千兆位以太网和高速率的协议，支撑较长的间隔。

　　传统的OM1和OM2多模光纤从规范上和规划上均以LED方法为根底，跟着网络速率和规划的进步，调制速率抵达 Gb/s的短波长VCSEL激光光源成为高速网络的光源之一。

　　因为两种发光器材的不同，有必要对光纤自身进行改造，以习惯光源的改动。为了满意10 Gb/s传输速率的需求，世界规范化安排/世界电工委员会（ISO/IEC）和美国电信工 业联盟（ITA－TR42）联合起草了新一代多模光纤的规范。ISO/IEC在其所拟定的新的多模光纤等级中将新一代多 模光纤划为0M3类别。

　　LED的最大调制速率一般只要600 MHz，因为调制速率的约束，使其在1 Gb/s以上的光纤网络中无法运用，故在1 Gb/s以上的高速网络中，发光器材首要选用激光器作光源。但试验中发现，简略地运用激光器替代LED作光源，体系的带宽不光没有升高，反而下降。

　　原因是在预制棒制作工艺中，光纤的轴心简略发生折射率洼陷。在运用LED作光源时，这种光纤中心折射率的畸变对信号的传输影响不大。原因是LED光源将光纤中的一切方法都鼓励，光功率被分配到每一个方法上，只要少量几个传达模的时延特性会遭到光纤中心折射率畸变的影响。

　　而当运用激光器作光源时，因为激光器的光斑和发散角都很小，只要在光纤中心传输的很少几个方法能被鼓励，每一个方法都携带着很大一部分光功率，光纤中心折射率畸变会对这几个被鼓励的少量方法的时延特性发生很大的影响，然后形成光纤带宽下降，如图所示。

　　对接：光纤对接时发生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不笔直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。

　　这是因为光纤资料和杂质对光能的吸收而引起的，它们把光能以热能的方法耗费于光纤中，是光纤损耗中重要的损耗，吸收损耗包含以下几种：

　　1、物质本征吸收损耗 这是因为物质固有的吸收引起的损耗。它有两个频带，一个在近红外的8～12μm区域里，这个波段的本征吸收是因为振荡。另一个物质固有吸收带在紫外波段，吸收很强时，它的尾巴会拖到0.7～1.1μm波段里去。

　　2、掺杂剂和杂质离子引起的吸收损耗 光纤资料中含有跃迁金属如铁、铜、铬等，它们有各自的吸收峰和吸收带并随它们价态不同而不同。

　　由跃迁金属离子吸收引起的光纤损耗取决于它们的浓度。别的，OH－存在也发生吸收损耗，OH－的根本吸收极峰在2.7μm邻近，吸收带在0.5～1.0μm规划。关于纯石英光纤，杂质引起的损耗影响能够不考虑。

　　3、原子缺点吸收损耗 光纤资料因为受热或激烈的辐射，它会受激而发生原子的缺点，形成对光的吸收，发生损耗，但一般情况下这种影响很小。

　　光纤内部的散射，会减小传输的功率，发生损耗。散射中最重要的是瑞利散射，它是由光纤资料内部的密度和成份改动而引起的。

　　光纤资料在加热进程中，因为热骚乱，使原子得到的压缩性不均匀，使物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀。这种不均匀在冷却进程中被固定下来，它的尺度比光波波长要小。

　　光在传输时遇到这些比光波波长小，带有随机崎岖的不均匀物质时，改动了传输方向，发生散射，引起损耗。别的，光纤中含有的氧化物浓度不均匀以及掺杂不均匀也会引起散射，发生损耗。

　　这是因为接壤面随机的畸变或粗糙所发生的散射，实际上它是由外表畸变或粗糙所引起的方法转化或方法耦合。一种方法因为接壤面的崎岖，会发生其他传输方法和辐射方法。

　　因为在光纤中传输的各种方法衰减不同，在长间隔的方法改换进程中，衰减小的方法变成衰减大的方法，接连的改换和反改换后，尽管各方法的丢失会平衡起来，但方法整体发生额定的损耗，即因为方法的转化发生了附加损耗，这种附加的损耗便是波导散射损耗。要下降这种损耗，就要进步光纤制作工艺。关于拉得好或质量高的光纤，根本上能够疏忽这种损耗。

　　光纤是柔软的，能够曲折，但是曲折到必定程度后，光纤尽管能够导光，但会使光的传输途径改动。由传输模转化为辐射模，使一部分光能渗透到包层中或穿过包层成为辐射模向外走漏丢失掉，然后发生损耗。当曲折半径大于5～10cm时，由曲折形成的损耗能够疏忽。