「光纖」就是能輸送光線的纖維。其實它與能輸送自來水的水管以及能輸送瓦斯的瓦斯管一樣，只是管子的粗細小了許多，管徑的大小大約只有萬分之一公尺，只比頭髮稍粗。「光纖」的主要功用就是傳輸「光波」，因為「光波」在空氣中傳送都是沿直線進行，很容易被障礙物阻擋，所以需要「光纖」來幫忙輪送。其實它的作用，與水管輸送自來水和瓦斯管輪送瓦斯的功能並無不同，只是「光纖」是根據「全反射」的原理來傳輸「光波」，而在「全反射」的狀況下，整條「光纖」就像一條周圍都是鏡子的管線，一旦光線進入這條管子，它再也跑不出來，只有乖乖地從進口的這一端乖乖地跑到出口的那一端，就完成了「光波」的傳輸。
其實，一旦「光波」進入「光纖」，或多或少的還是會從「光纖」內部漏出來，跑出來量的多少，跟「光纖」的品質有很大的關係。玻璃做的光纖，品質較好，價格較貴，漏出的光量較少；塑膠做的光纖，價格較低廉，但相對地漏光量也較大，這也是一分錢一分貨的道理。可是無論漏光量的大小，聰明的科學家與工程師們，都有因應的辦法：把「玻璃光纖」使用在需要傳真度較高的訊號傳輸，例如有線電視、光纖網路等應用上，而故意把漏光量大的塑膠光纖，應用到照明的用途上，像是把「塑膠光纖」環繞游泳池的周邊，不但達到省電照明的功效(比四周設置電燈要便宜)，而且還有藝術的效果。這種化腐朽為神奇、把缺點變成優點的作法，其實就是能深切體會到「尺有所量，寸有所短」這個道理。其它還有許許多多的應用，我們在後面再一一的來介紹。
在日常生活中，我們時常聽到「光纖通訊(Optical Fiber Communications)」，但什麼是「光纖通訊」呢？它又是如何傳遞光的訊號呢？為了解這個問題，我們先從「光傳輸」的歷史講起。
以光作為通訊的觀念可以追溯回較古的時代，當時是用火光來傳遞訊號作為警戒用途。後來則是在海上航行的船隻利用燈號來作為通訊用途。至於第一項屬於「光通訊」的專利則是在西元1880年由貝爾(Alexander Graham Bell)發明的「光話機」(Photophone)所獲得。貝爾將太陽聚成一道極為狹窄的光束，照射在很薄的鏡子上，當人們發出聲音的「聲波」讓這面薄鏡產生振動時，「反射光」「強度」的變化使得感應的偵測器產生變動，改變「電阻」值。而接收端則利用變化的「電阻」值產生電流，還原成原來的「聲波」。當貝爾測試「光話機」成功時，他寫下了「我聽到光線的笑聲、咳嗽聲和歌唱聲」。
他的這項發明僅能傳播約200公尺，因為藉由空氣傳遞的光束，遇到的情況都不盡相同，例如霧、雨或雪都能阻擋光線，甚至在乾燥而新鮮的空氣中，光線強度仍會隨距離迅速減弱。當時貝爾雖曾預測這項發明「在科學世界裏，將遠比電話、留聲機和麥克風更有趣」，但由於光線在空氣中的衰減速度很快，使得「光通訊」並非很實用。因此，有人也想到了利用物質傳導光。所以在西元1870年時，約翰道耳(John Tyndall)作了一個實驗，讓「光波」在由桶底流出的水柱中傳播，因為光為「電磁波」的一種，所以我們稱水柱那樣可以傳導光波的物質為「波導（waveguide）」。介質「波導」的理論則始於西元1910年，由Hondros及Debye首先提出。
近代的「光纖通訊」始於1960年代，而使得「光纖」成為現在及未來通訊的主力乃是基於兩個事件的激發：首先是西元1960年美國物理學家梅門（Theodore Harold Maiman）成功地使紅寶石振盪產生「雷射光」。第二則為西元1966年，科學家高錕（Charles Kao）及George A. Hockham，他們預測所製作的「光纖」，能夠讓「光波」在其中傳輸一公里，仍有原來1﹪的光能量，那麼「光纖」就能夠像電纜一般，來作為傳輸工具。因為在當時，即使是最好的「光纖」，「光波」在其中傳輸20公尺就已使光能量降低至原來能量的1﹪。
到了西元1970年，由貝爾實驗室製作成功，可於常溫下連續振盪之半導體雷射（Semi-Conductor-Laser）及康寧玻璃工廠（Corning Glass Work）製造出每公里衰滅小於20分貝的低損失石英質（Silica）光纖後，「光纖」技術一日千里。今日，由於光電科技的發展，每公里衰滅低於1分貝，傳輸頻寬（「頻率寬度」）高於800MHZ的光電纜已可大量生產，再配合「高階數位多工」（High Order Digital Multiplex）技術的發展以及高性能「光電元件」（Opto-Electronic Device）的開發，每秒傳播速度高達九千萬「位元（Binary Digit，簡稱bit）」，甚至每到每秒四億「位元」之高速大容量光通訊系統，目前已達實用化的階段。
「光纖傳輸」的優點包括了：1.低損失與寬頻帶；2.尺寸小及彎曲半徑小；3.不導電、不輻射、不感應；4.重量輕等等。低損失與寬頻帶所提供的大傳輸量使得飄（Gone With The Wind）整個電影只要1秒鐘即可傳送至家裏的電視；甚至一條「光纖」中一次可容納2萬4仟門電話同時通話傳送。貝爾實驗所發展的光導系統，可結合聲音、類比數據、數位數據、影像電話及各種視訊的服務，因此，這對資訊的傳輸產生了相當大的革命，這種傳輸方式將會是未來有線電視臺（第四臺）傳播視訊的主流。
尺寸小及彎曲半徑小，質量輕的特點，使得「光纖」和「光纖」在空間的利用上獲得很多便利，例如它可用於飛行器材、飛行工具、船上以及城市擁擠的地下導管等等。又因「光纖」屬於「電介質波導」（電的不良導體），所以「光纖」不導電，不輻射及不感應之特性，可以避免諸如利用金屬作為傳輸介質所引起的輻射干擾，地迴路以及感應相關之麻煩問題上。
另外，因為「光纖」的運用彈性很大，使得工程師們得以選擇「光纖」作任何傳輸能量的使用。爾後，隨著系統擴增，只須改變終端的電子設備，就可以使「光纖」作高傳輸能量的使用。這是說「光纖」的訊號傳輸損失量為一定值，它的傳輸量能適應系統的需求做各種幅度的增長；而金屬的損失量卻是隨傳輸量的增加而加大，故傳輸量改變，整個系統也要改變，不如光纖的運用有彈性。
光在傳播之時，若經兩個不同「介質」的介面，由於介質傳遞光的速度不同，就會產生「折射」，例如插入水中的筷子好像折斷一般。當光從傳遞速度慢的介質到傳遞速度快的介質時，會有一部分「折射」，一部分「反射」，到了某一角度時會沒有「折射」，此時稱之為「全反射」。舉個例子來說，在大樓前的噴水池，為了夜晚時有美觀的效果，經常會在水池中放置五顏六色的燈光，但您可曾注意到從水中射出來的光只集中在燈中間部分，而在水及燈的周圍卻有光暈，這些光暈就是因為「全反射」，將手電筒放在注滿水之水桶中（水桶越大越好）往上照，此時大部分的光都會照出來，然後我們慢慢地將手電筒傾斜下來，就可看到「反射」的光越來越多，「折射」的光越來越少，一直輕斜至某一個角度時，可以看見水桶底下都是光，而上面卻沒有光透出來，這就是「全反射」現象。
光在水中傳遞的速度要比在空氣中傳遞的速度慢，故光從水中傳遞至空氣中時，便會有「全反射」現象。在這裏我們要介紹一個光纖上常用的專有名詞－－「折射率（Refractive Index）」，即光在真空中（如太空）傳遞的速度與光在介質中傳遞速度的比值稱之為該介質的「折射率」。換言之，光從「折射率」大的介質到「折射率」小的介質，會產生「全反射」現象。玻璃的「折射率」比空氣的「折射率」大，因此光從玻璃到空氣也會有「全反射」的現象。「光纖」便是以玻璃纖維做為介質來傳遞光，使光利用「全反射」原理在玻璃和空氣介面作「全反射」，如此一來光就不會外洩。又光在「光纖」中可隨著玻璃纖維的方向而改變，就有如電纜上的電一樣。
當我們用無線電傳送資訊時，必須先化成一系列的電訊號，由發射站轉換成為「無線電訊號（Radio Signal）」，而接收站接到這些訊號後，再將其轉換成電訊號，之後再解碼轉換成我們需要的資訊。同理，光也可以藉著閃爍光源，如訊號閃光燈的開或關而產生一系列的圖形，我們稱之為「光訊號」。因為前面說過光比電有更大的傳輸資訊能力，也就是說光可以斷成為更短的脈衝，因此在相同的時間裏可形成更高密度且資訊豐富的圖形。在這種速率下，藉著合併圖形單元成為一個個的「堆積（Stack）」，就可在同一條纖維中，同時傳送很多不同的資訊。就如同汽車從交流道進入高速公路一樣，不會撞到其它汽車。這也就是為何「光纖」能同時容納很多資訊在其中傳輸的原因。
光纖的結構為圓形且細如髮絲之玻璃纖維，主要分為兩部分，裏層稱「核心（Core）」，通常以玻璃做成；外層稱為「纖殼（Clad）」。因為「光纖」是屬於介質波導之一種，故只要條件許可，也可使用特殊的塑膠材料或液體材料。由於「光纖」的「核心」的直徑只有數個「微米」（百萬分之一米）至數十「微米」，而「纖殼」的直徑也僅在一百至兩百「微米」之間，其本身相當微弱。因此，在一般應用中，會於外層再鍍上一層塑膠，並再加一層尼龍，以免受到外界化學物質的侵蝕。若將幾條如上述一般之光纖維起來，就可形成所謂的「光纖電纜」了，或簡稱為「光纜」。
「光纖」依其「折射率」分布之不同，可分為兩種：一種是「級（階）射率光纖（Step Index Fiber）」；另一種為「斜（緩）射率光纖（Graded Index Fiber）」。又可依「傳播模態」的不同，分為兩「單模態光纖（Single-Mode Fiber）」及「多模態光纖（Multi-Mode Fiber）」。在此要強調一點，除「單模態光纖」之外，其它如「級射率」或「斜射率」光纖則都屬於「多模態光纖」。「級射率光纖」因其「核心」與「纖殼」之「折射率」變化劇烈，因此「核心」射向外殼之光束會在介面產生「全反射」；光則不停的依「全反射」之形式傳播，沿中心軸前進的光線和反射前進的光線到達終點的時間有差異。「單模態光纖」之「核心」其直徑非常細，因此只有平行中心軸的光線進入「核心」，故光線到達終點的時間一致。「斜射率光纖」，因其「核心」「折射率」之變化是緩和且連續，又因光在介質中之速度和「折射率」成反比，故原先偏離中心軸的光線，經過連續曲折後，依序會再回中心軸，最後到達終點的時間大約一致。
「光纖」除應用在大量資訊傳輸之外，一般最常用的則是影像傳送，例如工程師可在安全距離檢查核能電廠的輻射區，「光纖」在醫學上的應用也很多，例如內視鏡，它是一根柔軟可彎曲且內含數條「光纖」的管子。當它滑入病人的嘴、鼻、消化道及其它心臟等由體外看不到的地方時，醫生便能由內視鏡看到內部變化，而減少進行冒險性手術的需要
基本結構包含內層的纖心〈折射率ncore，半徑a、直徑2a ，的圓對稱〉、及外層的纖衣〈折射率ncl，直徑d〉。因為，纖心較纖衣具有較高的折射率，使得內部的光波因滿足全反射而能做長距離的傳輸。纖衣直徑範圍大約從單模的4-8µm到多模的50-100µm，甚至在能量傳輸的應用上光纖的纖心直徑還達200-1000µm〈見section 0.5討論到應用的部分〉。Communications-grade 光纖的纖衣直徑範圍在125-140µm，和一些單模光纖80µm。高級的communications光纖，其纖衣以及纖心是由silica玻璃組成的。當然較低品質的光纖，就是由玻璃的纖心加上塑膠的纖衣，在壞一點的還有全由塑膠組成的光纖。後者具有較高的attenuation 係數，但只能被運用在短程的光纖應用。
光纖的速度介紹: 骨幹常用的光纖規格STM16及642的傳輸速率，為銅線E1及E5的速率，分別為5~1000及20~4000倍。
銅線與光纖傳輸速率比較
TDMSDH/SONET
傳輸規格傳輸速度傳輸規格傳輸速度
E12.048MbpsOC-1/STM052Mbps
E28.448MbpsOC-3/STM1155Mbps
E334.368MbpsOC-12/STM4622Mbps
E4139.268MbpsOC-48/STM162.5Gbps
E5565.148MbpsOC-192/STM6410Gbps
以家庭頻寬需求來看，至2005年以前，XDSL及Cable還算可滿足需求，但至2010年，家庭頻寬需求達100Mbps以上，則光纖到家FTTH將可達到。但以企業需求來看，光纖到辦公室FTTO則目前已經有此需求，並也已實行。但依據ITU預估，至2004年，接取網路中的XDSL及Cable，佔有率可達七成，光纖則不到1%。因此至2010年以前，光纖應用還將會已骨幹網路為主，接取網路須在2001年以後。
寬頻服務對頻寬的需求
2000年2005年2010年
家庭容量64K~1.5Mbps1.5~10Mbps100Mbps
應用Internet接入、視訊電話高速Internet接入、遠距醫療及教學、隨選視訊(VOD)多頻道隨選視訊、家庭辦公
企業容量10~150Mbps150~600Mbps600M~100Gbps
應用LAN連接、視訊會議LAN連接、高速LAN辦公LAN連接、高速LAN辦公
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