Строго говоря, это не провод. Потому что под проводом в технике понимается исключительно электрическая фиговина.
Оповолокно - это тонкая-тонкая ниточка из стекла (диаметром в 8, 50 или 62,5 микрона - при том, что диаметр человеческого волоса 50-60 микрон), заключённая в стеклянную оболочку внешним диаметром 125 микрон. Да-да, это стекло в стекле. Фишка в том, что показатель преломления сердцевины выше показателя преломления оболочки, поэтому свет, который идёт вдоль оптоволокна, претерпевает полное внутреннее отражение от границы раздела сердцевина-оболочка, и не может выйти наружу. Так вдоль сердцевины и распространяется.
Причём для современного уровня технологии характерна очень высокая прозрачность материала сердцевины. Затухание в высококачественном оптоволокне может составлять сотые доли децибела на километр - это означает, что оптический сигнал по такой линии передачи можно передавать на огромные расстояния, в десятки раз превышающее дальность уверенной передачи по электрическому проводу.
Дополнительное преимушество оптоволокна перед проводом - полоса пропускания канала передачи. Ведь полоса пропускания тракта тем выше, чем выше несущая частота. Это связано с тем, что всякая информация занимает определённую полосу частот, а полоса пропускания тракта конструктивно есть определённая часть диапазона частот, причём, как правило, она связана с длиной волны излучения, и уверенное пропускание обеспечивается в некотором диапазоне длин волн. Скажем, если антенна рассчитана на метровые волны, то она будет уверенно принимать сигнал в диапазоне 1-2 метра (это не сама длина волны, а именно Δλ, разница между граничными значениями диапазона). Если тракт у нас СВЧ (к примеру, волновод на длину волны 3 см), то по нему можно уверенно передавать сигналы в диапазоне длин волн где-то полсантиметра (от 3 до 3,5 см; волны с более короткой длиной не пропустит волновод, на более длинных вырастут потери).
Но вполне понятно, что одна и та же доля длин волн соответствует тем большей полосе частот, чем короче длина волны (и чем выше частота). Поэтому на оптических длинах волн, где частота измеряется сотнями терагерц, полоса, соответствующая диапазону длин волн в десяток-другой нанометров, - это десятки и сотрни гигагерц. То есть несопоставимо выше, чем полоса пропускания линий связи с электрическими сигналами. Именно с этим, с гигантской пропускной способностью, и связано столь широкое распространение оптоволоконных линий связи.
но это не единственная фича оптоволоконной линии связи. Поскольку агент передачи сигнала там свет, а не электричество, такие линии нечувствительны к помехам. НИ грозовые разряды, ни промышленные помехи, ни наводки от всякой техники неспособны исказить сигнал в оптоволоконной линии связи. Такой сигнал невозможно и перехватить. Помните, как в разных фильмах про войну показывали, как партизаны цепляли "крокодилы" к телефонным проводам? С оптоволоконной линией такой кунштюк уже не проканает.
Под конец чисто лирическое отступление - из чего делают и зачем нужны разные диаметры сердцевины.
Из чего делают: из кварца с различными легирующими добавками. Необходимость таких добавок следует хотя бы из того, что показатель преломления оболочки должен отличаться от показателя преломления сердцевины, так что это не может быть один и тот же материал.
Зачем разные диаметры: оптоволокно с диаметром сердцевины 62,5 микрона и ступенчатым показателем преломления - самое простое и самое дешёвое в изготовлении. Но его недостаток в том, что свет по нему может распространяться не только строго вдоль сердцевины, но и зигзагом. Ну то есть ровно как написано вначале - отражаясь от стенок. Это не приводит к потерям света, но зато приводит к размытию фронта импульса. Ведь оптический путь, который проходит луч, отразившийся 1000 раз, и луч, отразившийся 1100 раз, - это два разных по длине пути (каждый такой возможный путь называется "модой", поэтому волокно с такой структурой называется многомодовым). А значит, импульс с резким фронтом на входе даст на выходе импульс с размазанным фронтом: для разных мод требуется разное время на распространение по оптоволокну (это эквивалентно фильтру нижних частот).
С этим и связано ограничение на максимальную дальность передачи информации по многомодовому волокну. Если у нас частота следования импульсов на входе, к примеру, 10 ГГц, то фронт должен быть не больше примерно четверти-трети от периода, то есть не больше 250-300 пс. Если размытие фронта на длине линии связи превышает это значение, то мы не сможем отличить на выходе один импульс от другого - фронт одного накладывается на спад другого. Поэтому для линий связи на многоводовом оптоволокне дальность передачи без репитера - устройства, восстанавливающего форму импульса, - редко превышает примерно 3 км.
Для оптоволокна с сердцевиной в 8 микрон возможна только одна мода передачи сигнала - основная (когда свет распространяется строго вдоль оси волокна). Поэтому для такого оптоволокна не происходит размытия фронта импульса, и дальность передачи на нём достигает 30-50 км. Именно на одномодовом оптоволокне делаются магистральные линии связи на сотни и тысячи километров. Правда, такое оптоволокно сложнее в изготовлении и поэтому дороже.
Есть, правда, один трюк, который даже для многомодового оптоволокна позволяет снизить размытие фронта испульса и поэтому поднять дальность передачи: градиентный показатель преломления. Когда сердцевина плавно перерастает в оболочку. Ведь показатель преломления - это, в частности, и отношение скоростей света, а не только отношение синусов каких-то углов. Чем меньше показатель преломления - тем быстрее распространяется свет в данной среде. Из-за того, что в градиентном оптоволокне показатель преломления меняется плавно, свет отражается от оболочки не скачком, как в обычном волокне, а "постепенно", загибаясь. Но это приводит к тому, что моды более высоких порядков, те, которые отклонились дальше от оси (под бóльшим углом), проходят по среде с меньшим показателем преломления и поэтому идут быстрее, чем центральные моды. Вот на этом эффекте и идёт игра в градиентном оптоволокне. Поэтому дальность линии связи на нём превышает дальность на обычном многоводовом волокне со ступенчатой структурой.
