光导纤维，简称光纤，是一种达致光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理传输的光传导工具。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。

　　一、光导纤维

　　光导纤维，简称光纤，是一种达致光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理传输的光传导工具。微细的光纤封装一束光纤在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常光纤的一端的发射设备使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收设备使用光敏组件检测脉冲。包含光纤的线缆称为光缆。由于光在光导纤维的传输损失比电在电线传导的损耗低得多，更因为主要生产原料是硅，蕴藏量极大，较易开采，所以价格便宜，促使光纤被用作长距离的信息传递工具。随着光纤的价格进一步降低，光纤也被用于医疗和娱乐的用途。

　　光纤主要分为两类，渐变光纤与突变光纤。前者的折射率是渐变的，而后者的折射率是突变的。另外还分为单模光纤及多模光纤。近年来，又有新的光子晶体光纤问世。

　　光导纤维是双重构造，核心部分是高折射率玻璃，表层部分是低折射率的玻璃或塑料，光在核心部分传输，并在表层交界处不断进行全反射，沿“之”字形向前传输。这种纤维比头发稍粗，这样细的纤维要有折射率截然不同的双重结构分布，是一个非常惊人的技术。各国科学家经过多年努力，创造了内附着法、MCVD法、VAD法等等，制成了超高纯石英玻璃，特制成的光导纤维传输光的效率有了非常明显的提高。现在较好的光导纤维，其光传输损失每公里只有零点二分贝;也就是说传播一公里后只损失4.5%。

　　二、运作原理

　　光纤是圆柱形的介质波导，应用全反射原理来传导光线。光纤的结构大致分为里面的核心部分与外面的包覆部分、为了要局限光信号于核心，包覆的折射率必须小于核心的折射率。渐变光纤的折射率是缓慢改变的，从轴心到包覆，逐渐地减小;而突变光纤在核心-包覆边界区域的折射率是急剧改变的。

　　三、折射率

　　折射率可以用来计算在物质里的光线速度。在真空里，及外太空，光线的传播速度最快，大约为 3 亿米/秒。一种物质的折射率是真空光速除以光线在这物质里传播的速度。所以，根据定义，真空折射率是 1 。折射率越大，光线传播的速度越慢。通常光纤的核心的折射率是 1.48 ，包覆的折射率是 1.46 。所以，光纤传导信号的速度粗算大约为 2 亿米/秒。电话信号，经过光纤传导，从纽约到悉尼，大约 12000 公里距离，会有最低 0.06 秒时间的延迟。

　　四、全反射

　　当移动于密度较高的介质的光线，以大角度入射于核心-包覆边界时，假若这入射角(光线与边界面的法线之间的夹角)的角度大于临界角的角度，则这光线会被完全地反射回去。光纤就是应用这种效应来局限传导光线于核心。在光纤内部传播的光线会被边界反射过来，反射过去。由于光线入射于边界的角度必须大于临界角的角度，只有在某一角度范围内射入光纤的光线，才能够通过整个光纤，不会泄漏损失。这角度范围称为光纤的受光锥角，是光纤的核心折射率与包覆折射率的差值的函数。

　　五、多模光纤

　　核心直径较大的光纤(大于 10 微米)的物理性质，可以用几何光学的理论来分析，这种光纤称为多模光纤，用于通信用途时，线材会以橘色外皮作为辨识。

　　在一个多模突变光纤内，光线靠着全反射传导于核心。当光线遇到核心-包覆边界时，假若入射角大于临界角，则光线会被完全反射。临界角的角度是由核心折射率与包覆折射率共同决定。假若入射角小于临界角，则光线会折射入包覆，无法继续传导于核心。临界角又决定了光纤的受光角，通常以数值孔径来表示其大小。较高的数值孔径会允许光线，以较近轴心和较宽松的角度，传导于核心，造成光线和光纤更有效率的耦合。但是，由于不同角度的光线会有不同的光程，通过光纤所需的时间也会不同，所以，较高的数值孔径也会增加色散。有些时候，较低的数值孔径会是更适当的选择。

　　六、单模光纤

　　核心直径小于传播光波波长约十倍的光纤，不能用几何光学理论来分析其物理性质。替而代之，必须改用麦克斯韦方程组来分析，导出相关的电磁波方程。视为光学波导，光纤可以传播多于一个横模的光波。只允许一种横模传导的光纤称为单模光纤。用于通信用途时，线材会以黄色外皮做为辨识[来源请求]。大直径核心、多横模的光纤的物理性质，也可以用电磁波波动方程分析。结果会显示出，这种光纤允许多于一个横模的光波。这样的解析多模光纤，所得到的结果，与几何光学的解析结果大致相同。

　　七、特用光纤

　　有些特用光纤的核心或包覆会特别地制作成非圆柱形，通常像椭圆形或长方形。这包括维护偏极化光纤。光子晶体光纤是一种新型的光纤，其折射率以规律性的模式变化(通常沿着光纤的轴向会有圆柱空洞)。光子晶体光纤应用衍射效应(单独的或加上全反射效应)来局限光波于光纤核心。