Распространение светового сигнала вдоль оптоволокна основано на явлении полного внутреннего отражения на границе двух сред с разными коэффициентами преломления. При этом практически весь пучок света ограничивается средой с более высоким коэффициентом преломления, заключенной в оболочку из материала с меньшей оптической плотностью. Этот эффект в оформительских целях был впервые продемонстрирован Дэниэлем Коллодоном (Daniel Collodon) и Жаком Бабине (Jacques Babinet) в 1840 г., показавшими, что струи фонтана могут служить хорошим световодом. В 1920 г. Джон Бэрд (John Baird) и Кларенс Ханселл (Clarence Hansell) запатентовали идею использования матрицы из полых труб или из прозрачных стержней для передачи изображений в телевидении и факсимильных аппаратах. Однако первым, кто продемонстрировал передачу изображений с помощью пучка оптических волокон, был Генрих Ламм (Heinrich Lamm), студент-медик из Мюнхена. Никаких особых событий в этой области не происходило вплоть до 1954 г., пока Абрахам ван Хеел (Abraham van Heel) из Технического университета, г. Дельфт, Голландия, и Гарольд Хопкинс (Harold Hopkins) и Нариндер Капани (Narinder Kapany), оба из Лондонского Королевского колледжа, не опубликовали независимо друг от друга сообщение о передаче изображения с помощью матрицы из оптоволокна в престижном английском журнале «Nature». Описанные устройства не могли транслировать изображения на сколько-нибудь значительные расстояния, но сообщения вызвали всплеск интереса к этим технологиям. Решающим здесь оказалось изобретение ван Хеела, явившееся результатом обсуждений проблемы с американским оптиком Брайаном О’Брайеном (Brian O’Brien). Все предыдущие устройства использовали «голые» волокна, в которых полное отражение происходило на границе стекло–воздух. Ван Хеел покрыл волокна прозрачной оболочкой из материала с более низким коэффициентом преломления. Это предохраняло отражающую поверхность от загрязнения и значительно снижало перекрестные наводки между волокнами. Следующий шаг был сделан Лоуренсом Кэртиссом (Lawrence Curtiss), который разработал способ изготовления оболочки из стекла. К 1960 г. оптоволокно со стеклянной оболочкой имело затухание около 1 дБ/м, что не позволяло использовать его для коммуникаций.
Тем временем возможности радиочастотного и даже сантиметрового диапазонов приближались к пределу, и телекоммуникационные инженеры искали новые способы повышения полосы пропускания, чтобы обслужить все возрастающие телевизионный и телефонный трафики. И хотя после изобретения в 1960 г. лазера некоторые группы разработчиков обратились к оптическому диапазону, большинство специалистов все же считало, что будущее телекоммуникационной индустрии принадлежит миллиметровым волноводам. Большинство, но не все. Одна небольшая группа из Standard Telecommunication Laboratories (STL), возглавляемая вначале Энтони Карбовяком (Antony Karbowiak), не захотела так легко расстаться с перспективной идеей. Один из ее сотрудников, Чарльз Као (Charles Kao), взялся за изучение проблемы затухания сигнала в оптоволокне. Он собрал все образцы материалов, из которых изготавливается волокно, и тщательно исследовал их свойства. В конечном итоге он пришел к выводу, что величина затухания зависит не от самого стекла, а от степени его чистоты. Результаты работы были опубликованы в 1966 г., при этом авторы высказали твердое убеждение в том, что потери в оптоволокне могут быть ниже 20 дБ/км.
К работам Као и его сотрудников проявила повышенный интерес British Post Office, выделив на исследования в этой области 12 млн. фунтов. Это послужило своего рода спусковым механизмом, и многие лаборатории во всем мире принялись за разработку технологии получения чистого стекла. Большинство из них пытались очистить компаундное стекло, использующееся в стандартных оптических приборах, — оно легко плавилось и вытягивалось в волокна. Однако стремление упростить себе жизнь редко приводило к успеху, и данный случай не был исключением. Желаемых результатов добились Роберт Маурер (Robert Maurer), Дональд Кек (Donald Keck) и Петер Шульц (Peter Schultz) из компании Corning, которые начали работать с кварцевым стеклом. Хотя этот материал имел высокую точку плавления и низкий коэффициент преломления, он мог быть получен практически чистым. Коэффициент преломления повышался путем добавления необходимого количества присадок. В сентябре 1970 г. они объявили об изготовлении волокна с потерями ниже 20 дБ/км при использовании света с длиной волны 633 нм. В течение последующих 10–15 лет, усовершенствуя технологию и увеличивая длину волны света, удалось достичь потерь менее 0,2–0,3 дБ/км. Следует отметить, что сегодня в качестве световода в оптоволоконных кабелях широко используется также пластик.