Le fibre ottiche sono composte da due strati concentrici di materiale vetroso estremamente puro: un nucleo cilindrico centrale, o core, ed un mantello o cladding attorno ad esso. I due strati sono realizzati con materiali con indice di rifrazione leggermente diverso; il cladding deve avere un indice di rifrazione minore rispetto al core. Come ulteriore caratteristica il mantello deve avere uno spessore maggiore della lunghezza di smorzamento dell'onda evanescente, caratteristica della luce trasmessa.
Se le condizioni vengono rispettate gran parte della potenza è mantenuta all'interno del core.
Diversi tipi di fibre si distinguono per diametro del core, indici di rifrazione, caratteristiche del materiale, profilo di transizione dell'indice di rifrazione, drogaggio (aggiunta di piccole quantità di altri materiali per modificare le caratteristiche ottiche).
Funzionamento
Le fibre ottiche si basano sul fenomeno di riflessione totale; la discontinuità dell'indice di rifrazione tra i materiali del nucleo e del mantello intrappola la radiazione luminosa finché questa mantiene un angolo abbastanza radente, in pratica finché la fibra non compie curve troppo brusche.
In figura è rappresentato come due raggi luminosi, cioè due treni di radiazione elettromagnetica, incidono sull'interfaccia tra nucleo e mantello all'interno della fibra ottica. Il fascio a incide con un angolo θa superiore all'angolo critico di riflessione totale e rimane intrappolato nel nucleo; il fascio b incide con un angolo θb inferiore all'angolo critico e viene rifratto nel mantello e quindi perso. È importante ricordare che in ottica si indica l'angolo tra la radiazione e la normale alla superficie, cioè 90°-α dove α è l'angolo, più intuitivo ma più scomodo da utilizzare, tra la radiazione e la superficie.
All'interno di una fibra ottica il segnale può propagarsi secondo uno o più modi di propagazione. Le fibre monomodali consentono la propagazione di luce secondo un solo modo hanno un diametro del core compreso tra 8 µm e 10 µm, quelle multimodali consentono la propagazione di più modi, e hanno un diametro del core di 50 µm o 62.5 µm. Il cladding ha tipicamente un diametro di 125 µm.
Le fibre multimodali permettono l'uso di dispositivi più economici, ma subiscono il fenomeno della dispersione intermodale, per cui i diversi modi si propagano a velocità leggermente diverse, e questo limita la distanza massima a cui il segnale può essere ricevuto correttamente.
Uso nelle Telecomunicazioni
I principali vantaggi delle fibre rispetto ai cavi in rame nelle telecomunicazioni sono:
 | bassa attenuazione, che rende possibile la trasmissione su lunga distanza senza ripetitori |
| grande capacità di trasporto di informazioni |
| immunità da interferenze elettromagnetiche, inclusi gli impulsi elettromagnetici nucleari (ma possono essere danneggiate da radiazioni alfa e beta) |
| alta resistenza elettrica, quindi è possibile usare fibre vicino ad equipaggiamenti ad alto potenziale, o tra siti a potenziale diverso |
| peso e ingombro modesto |
| bassa potenza contenuta nei segnali |
| assenza di diafonia
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