Este artigo da autoria do SciFi Neal Stephenson é uma introdução não muito ruim.
O artigo da Wikipedia sobre cabos submarinos também tem uma boa visão geral.
Os detalhes dos cabos diferem, mas a imagem da Wikipedia é representativa: um punhado de fibras no meio, muitas camadas enroladas para protegê-las e fornecer energia.
As fibras são single-mode (eu acho - eu preciso checar três vezes e editar isso comentar quando eu faço.Eles devem ser single-mode para o maior alcance de transmissão) e cada um terá vários canais / sinais multiplexados para ele usando DWDM ( Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda Densa. ) A Cisco tem um livro detalhado sobre DWDM disponível on-line.
Os repetidores normalmente não são mais usados, ao invés disso, os sinais são amplificados oticamente usando EDFAs ( Amplificadores de Fibra Dopada com Érbio. ) A potência dos lasers usados nos EDFAs é transportada por fios em uma das camadas do cabo.
Você pode encontrar mais informações espalhadas pelos links da Wikipédia, por exemplo, comunicação de fibra ótica , e alguns fabricantes de cabo têm alguma informação disponível, eg A Corning tem algumas noções básicas de fibra óptica aqui.