光纤传输数据的过程基于光的全反射原理，主要分为以下步骤，以文字和图示结构清晰说明：

一、光纤基础结构

光纤由三层同心圆结构组成：

1. 纤芯（Core）：高纯度玻璃/塑料，直径约5-100微米，光信号传播通道
2. 包层（Cladding）：折射率低于纤芯的材料（通常折射率差1%），实现全反射
3. 涂层（Coating）：保护性塑料层，抗机械损伤

二、数据传输过程详解

1. 信号转换（发送端）

   • 电信号输入光源设备（激光器/LED）
   • 光源通过电光调制将电信号转化为光脉冲：
     • 二进制"1" → 强光脉冲
     • 二进制"0" → 弱光/无光

2. 光信号注入

   • 光脉冲以特定角度（大于临界角）射入纤芯端面
   • 临界角计算公式：θc = arcsin(n2/n1)，n1>n2（纤芯折射率>包层）

3. 光信号传输

   • 光在纤芯内通过全反射曲折前进：

     入射角θ > θc时 → 光被完全反射回纤芯
     反射损失 < 0.2 dB/km（现代光纤）

   • 传输模式：
     • 单模光纤：仅允许基模传播（直径约9μm，长距离传输）
     • 多模光纤：允许多种模式（直径50-62.5μm，短距离）

4. 信号增强（中继）

   • 超过传输距离时（单模光纤可达100km）：
     • EDFA放大器（掺铒光纤放大器）：直接光信号放大
     • 光-电-光中继器：光电转换再重生信号

5. 信号接收（终端）

   • 光敏探测器（PIN光电二极管/雪崩二极管APD）捕获光信号
   • 光电转换：光脉冲 → 电信号
   • 信号处理器重建原始数据

三、关键技术优势

1. 带宽极限：理论单波长传输 >100 Tbps（实验室记录）
2. 衰减系数：1550nm窗口仅0.18 dB/km（相当于100km仅损耗1%）
3. 抗干扰性：完全不受电磁干扰（EMI）
4. 安全性：无辐射外泄，窃听需物理侵入

四、应用场景示意

[计算机]--电信号--> [光发射机] --光脉冲--> [光纤] --折射传输--> [光接收机] --电信号--> [服务器]
                 │                                 │
                 ▼                                 ▼
           (波长复用设备)                      (解复用设备)
           (DWDM技术：单纤160波长)

五、补充说明

• 色散补偿：使用色散补偿光纤(DCF)或光栅消除信号展宽
• 波分复用(WDM)：单纤可同时传输多波长信号（C波段1530-1565nm）
• 材料工艺：石英光纤杂质控制达ppb（十亿分之一）级

此过程使光纤成为现代通信骨干，跨洋海底电缆（如中美直达光缆）单纤对传输容量可达20Tbps以上，支撑全球互联网数据传输。