在一根光纤中如何实现数据的双向传输

可以的

有 单纤双向传输的光纤收发模块！

请看 鸿伟光电
155M PECL 单纤收发一体光模块
单模1310nm发射1550nm接收或1550nm发射1310nm接收、5V、PECL电平、155Mb/s单纤收发一体光模块

你是问理论还是实际的产品（解决方案）？

理论的话有很多实现方式，比如
时分：就是上行和下行轮流占用时隙
波分：上行和下行采用不同的波长

如果是产品的话有很多这种光纤收发模块，最高的到10Gbps没问题的

单模单纤的光电转换器或模块可以在单芯光纤内实现双向传输