Sợi quang là loại sợi điện môi có thể cho ánh sáng truyền qua dọc theo chiều dài của sợi (giống như ống đẫn sóng). Sợi có cấu trúc hình trụ, gồm lõi (core) có chiết suất n1 và bao quanh lõi là vỏ (cladding) có chỉ số chiết suất n2 nhỏ hơn chỉ số chiết suất
của lõi. Điều kiện cần để ánh sáng truyền được trong lõi là n1 > n2. Vỏ còn có tác dụng
bảo vệ lõi. Vật liệu cơ bản để chế tạo lõi và vỏ là Silica (SiO2). Thường dùng Germani
dioxide (GeO2) bổ sung vào Silica để làm tăng chỉ số chiết xuất của lõi. Muốn làm
giảmchỉ số chiết xuất của vỏ phải dùng chất bổ sung là Fluorine. Để tránh trầy xước vỏ và tăng độ bền cơ học, sợi quang thường được bao bọc thêm một lớp chất dẻo tổng hợp gọi là lớp áo (coating). Lớp vỏ bảo vệ này sẽ ngăn chặn các tác động cơ học vào sợi, gia cường thêm cho sợi, bảo vệ sợi không bị nứt do kéo dãn hoặc xước do cọ xát bề mặt; mặt khác tạo điều kiện bọc sợi thành cáp sau này. Cấu trúc cơ bản của một sợi quang được minh họa trong hình 2.12
Hình 2.12 Cấu trúc cơ bản của sợi quang
Ánh sáng truyền dẫn trong sợi quang dựa trên hiện tượng phản xạ toàn phần. Do lõi bên trong của sợi quang có chiết suất cao hơn lớp vỏ bao quanh, ánh sáng đến mặt biên giữa lõi và vỏ với một góc tới θ lớn hơn góc tới hạn θc (θc = arcsin (n2/n1)) sẽ phản xạ toàn phần. Phản xạ sảy ra tại biên (nơi bắt đầu của lớp vỏ) được lặp đi lặp lại và ánh sáng được truyền trong lõi mà không bị thoát ra ngoài.
Khi thực hiện ghép ánh sáng vào trong sợi quang, các tia sáng có góc tới lớn
hơn góc tới hạn là có thể truyền trong sợi quang. Có một số tia sáng nhất định thoả
mãn điều kiện này. Đường đi của một tia sáng như vậy qua sợi quang gọi là mode truyền dẫn. Số mode truyền dẫn của ánh sáng qua sợi quang phụ thuộc vào đường kính lõi, chiết suất lõi, chiết suất vỏ và bước sóng ánh sáng truyền trong sợi. Điều kiện để chỉ có một mode cơ bản được truyền trong sợi quang là tần số chuẩn hoá V phải thoả mãn:
V = (2πa/λ).(n12 – n22)1/2 ≤ 2,405 (2.10)
Với 2a là đường kính lõi sợi quang, λ là bước sóng ánh sáng truyền trong sợi
quang. Từ đó có thể tính được đường kính sợi quang tối đa để đảm bảo điều kiện
truyền đẫn đơn mode.
Trong hệ thống WDM, sợi quang được sử dụng phổ biến là loại sợi đơn mode.
Sợi quang đơn mode điển hình bao gồm lớp lõi (core) có đường kính 9 µm, lớp vỏ
(cladding) có đường kính 125 µm và lớp áo (coating) có đường kính 250 µm.