Uma fibra óptica, ou fibra ótica, é uma fibra flexível de vidro ou plástico que pode transmitir luz de uma extremidade à outra. Essas fibras são muito usadas na comunicação por fibra óptica, na qual permitem transmissões por distâncias maiores e com largura de banda mais alta, ou seja, maiores taxas de transferência de dados, que os cabos elétricos. As fibras são usadas no lugar de cabos metálicos porque os sinais percorrem seu interior com menos perdas e são imunes à interferência eletromagnética.
As fibras também são empregadas em iluminação e formação de imagens, muitas vezes reunidas em feixes para levar luz a espaços confinados ou trazer imagens deles, como em um fibroscópio. Fibras projetadas para fins específicos também são usadas em aplicações como sensores de fibra óptica e lasers de fibra.
As fibras ópticas de vidro são normalmente produzidas por trefilagem, enquanto as fibras plásticas podem ser feitas por trefilagem ou extrusão. Em geral, uma fibra óptica tem um núcleo envolvido por uma casca transparente com índice de refração menor. A luz permanece no núcleo por reflexão total, fazendo a fibra atuar como um guia de ondas óptico. As fibras que admitem muitos caminhos de propagação, ou modos transversais, são chamadas de fibras multimodo, enquanto as que admitem um único modo são chamadas de fibras monomodo. As fibras multimodo costumam ter núcleo de diâmetro maior e são usadas em enlaces de comunicação de curta distância e em aplicações nas quais é preciso transmitir alta potência. As fibras monomodo são usadas na maior parte dos enlaces de comunicação com mais de 1.050 m.
A união de fibras ópticas com baixa perda é uma etapa essencial na comunicação por fibra óptica. O processo é mais complexo que a união de fios ou cabos elétricos e exige clivagem cuidadosa das fibras, alinhamento preciso de seus núcleos e acoplamento dos núcleos alinhados. Em aplicações que exigem conexão permanente, é comum a emenda por fusão. Nessa técnica, um arco elétrico derrete e une as extremidades das fibras. Outra técnica comum é a emenda mecânica, na qual as extremidades permanecem em contato por força mecânica. Conexões temporárias ou semipermanentes são feitas por conectores ópticos especializados. O campo da ciência aplicada e da engenharia dedicado ao projeto e ao uso de fibras ópticas é chamado de fibra óptica ou óptica de fibras. O termo inglês fiber optics foi cunhado pelo físico indo-americano Narinder Singh Kapany.
Daniel Colladon e Jacques Babinet fizeram as primeiras demonstrações da condução de luz por refração, princípio que tornou possível a fibra óptica, em Paris no início da década de 1840. Doze anos depois, John Tyndall incluiu uma demonstração do fenômeno em suas palestras públicas em Londres. Tyndall também escreveu sobre a propriedade da reflexão total em um livro introdutório sobre a natureza da luz, em 1870:
Quando a luz passa do ar para a água, o raio refratado se inclina em direção à perpendicular... Quando o raio passa da água para o ar, ele se inclina para longe da perpendicular... Se o ângulo que o raio na água forma com a perpendicular à superfície for maior que 48 graus, o raio não sairá da água: será totalmente refletido na superfície... O ângulo que marca o limite em que começa a reflexão total é chamado de ângulo limite do meio. Para a água, esse ângulo é 48°27′, para o vidro flint é 38°41′, enquanto para o diamante é 23°42′.
No fim do século XIX, uma equipe de médicos vienenses conduziu luz através de hastes de vidro curvas para iluminar cavidades do corpo. Aplicações práticas, como iluminação interna em odontologia, vieram no início do século XX. A transmissão de imagens por tubos foi demonstrada de forma independente pelo experimentador de rádio Clarence Hansell e pelo pioneiro da televisão John Logie Baird na década de 1920. Na década de 1930, Heinrich Lamm mostrou que imagens podiam ser transmitidas por um feixe de fibras ópticas sem casca e usou o sistema em exames médicos internos, mas seu trabalho acabou em grande parte esquecido.
Em 1953, o cientista neerlandês Bram van Heel demonstrou a transmissão de imagens por feixes de fibras ópticas com uma casca transparente. No mesmo ano, Harold Hopkins e Narinder Singh Kapany, no Imperial College London, conseguiram produzir feixes transmissores de imagem com mais de 10.000 fibras e depois transmitiram uma imagem por um feixe de 75 cm de comprimento composto por milhares de fibras. O primeiro gastroscópio semiflexível de fibra óptica de uso prático foi patenteado em 1956 por Basil Hirschowitz, C. Wilbur Peters e Lawrence E. Curtiss, pesquisadores da Universidade de Michigan. Durante seu desenvolvimento, Curtiss produziu as primeiras fibras revestidas com casca de vidro. As fibras anteriores usavam ar ou óleos e ceras pouco práticos como material de baixo índice de refração ao redor do núcleo. Kapany cunhou o termo fiber optics após escrever um artigo de 1960 na Scientific American que apresentou o assunto a um público amplo. Ele também escreveu o primeiro livro dedicado ao novo campo.
O primeiro sistema funcional de transmissão de dados por fibra óptica foi demonstrado pelo físico alemão Manfred Börner nos laboratórios de pesquisa da Telefunken, em Ulm, em 1965. O primeiro pedido de patente da tecnologia foi apresentado em 1966. Em 1968, a NASA usou fibras ópticas nas câmeras de televisão enviadas à Lua. O emprego da tecnologia nas câmeras era então classificado como confidencial, e os funcionários que as manipulavam precisavam ser supervisionados por alguém com credencial de segurança apropriada.
Charles K. Kao e George A. Hockham, da empresa britânica Standard Telephones and Cables, foram os primeiros a defender, em 1965, que a atenuação nas fibras ópticas poderia ser reduzida a menos de 20 decibels por quilômetro, tornando-as um meio prático de comunicação. Eles propuseram que a atenuação das fibras disponíveis naquele momento era causada por impurezas removíveis, e não por efeitos físicos fundamentais como o espalhamento. Também formularam de forma sistemática as propriedades de perda de luz e apontaram a sílica de alta pureza como o material adequado. Esse trabalho rendeu a Kao o Prêmio Nobel de Física de 2009. O limite de 20 dB/km foi alcançado pela primeira vez em 1970 pelos pesquisadores Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz e Frank Zimar, da fabricante norte-americana de vidro Corning Glass Works. Eles demonstraram uma fibra com atenuação de 17 dB/km ao dopar vidro de sílica com titânio. Alguns anos depois, produziram uma fibra com apenas 4 dB/km de atenuação usando dióxido de germânio como dopante do núcleo. Em 1981, a General Electric produziu lingotes de quartzo fundido que podiam ser trefilados em filamentos com cerca de 40 km de comprimento.
O engenheiro químico Thomas Mensah trabalhou na divisão de pesquisa em fibras ópticas da Corning entre 1983 e 1986. Nesse período, desenvolveu um processo mais rápido de trefilagem e revestimento de fibras, trabalho que resultou em quatro patentes. O centro de pesquisa italiano CSELT trabalhou com a Corning no desenvolvimento de cabos práticos de fibra óptica, e o primeiro cabo metropolitano de fibra óptica entrou em operação em Turim em 1977. O CSELT também desenvolveu uma técnica inicial de emenda de fibras, chamada Springroove.
No Brasil, a primeira fibra óptica produzida no país foi puxada em abril de 1977 no Instituto de Física Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas, dentro de um projeto de pesquisa em comunicações ópticas.
A atenuação dos cabos ópticos modernos é muito menor que a dos cabos elétricos de cobre, o que permite enlaces de longa distância com repetidores separados por 70 a 150 km. Duas equipes, uma liderada por David Neil Payne na Universidade de Southampton e outra por Emmanuel Desurvire nos Bell Labs, desenvolveram o amplificador de fibra dopada com érbio em 1986 e 1987, respectivamente. O dispositivo reduziu o custo dos sistemas de fibra de longa distância ao diminuir ou eliminar a necessidade de repetidores com conversão óptica-elétrica-óptica.