光纤通信的核心信息载体是光波，确切地说，是调制后的相干光波。这种光波由半导体激光器或发光二极管产生，其波长通常集中在850nm、1310nm和1550nm三个低损耗窗口。光波在光纤中传播的物理基础是“全内反射”现象，当光从光密介质（纤芯）射向光疏介质（包层）且入射角大于临界角时，光能量被完全约束在纤芯内，实现低损耗传输。
在实际系统中，信息加载过程通过“强度调制”实现：将电信号转换为光信号强度的变化。例如，在数字通信中，高电平代表“1”，低电平代表“0”，通过控制激光器的驱动电流使光脉冲承载二进制数据。这种调制方式称为“直接调制”，适用于较低速率（如2.5Gbps以下）。对于更高速率（10Gbps以上），则需采用“外调制”技术，如马赫-曾德尔调制器，通过电光效应改变光波的相位或强度，避免激光器啁啾效应引起的色散劣化。
光波在光纤中的传输还受到两种关键物理效应的制约：色散和非线性效应。色散包括材料色散和波导色散，导致不同波长的光传播速度不同，引起脉冲展宽；非线性效应如自相位调制、四波混频等，在高功率密度下会改变光信号的频谱特性。现代光纤通信系统通过色散补偿光纤、啁啾光纤光栅和数字相干接收等技术来克服这些限制，实现长距离、大容量的信息传输。光波作为信息载体，其优势在于极高的带宽潜力（理论可达50THz）和极低的传输损耗（1550nm窗口可低至0.2dB/km）。