海底光缆

海底光缆（Submarine   optical fiber   cable），又被称为“海底通信电缆”海底光缆是一种用绝缘材料包裹并铺设在海底的导体，用于传输电话和互联网信号。海底光缆结构牢固，材料轻便，光纤连接器需要具有较高的强度，以确保连接时光纤的强度和表面不受损坏。海底光缆是由海底电缆演变而来的。经历了海底电报电缆的阶段、海底同轴电话电缆级。1850年，安格斯-法国电报公司奠定了世界 英国和法国之间的第一条海底电缆。19863356年，美国ATT公司奠定了世界领先地位西班牙加那利群岛和特内里费岛之间的第一条商用海底光缆。我国对光通信的研究始于20世纪70年代。20世纪90年代，中国海底光缆通信逐步进入海底光缆通信时代。

海底光缆的结构主要分为三部分，包括缆芯护套结构和材料、铠装及外披层。缆芯是光缆的核心。海底光缆是铺设在复杂海洋环境中的系统，其设计要求非常高，例如耐腐蚀性、防海水、耐高压、耐氢损等。海底电缆按传输距离可分为中继海底电缆和非中继海底电缆，按海况可分为深海海底电缆和浅海海底电缆。按功能可分为海底通信电缆和海底光缆。与地面光缆和人造卫星相比，海底光缆具有明显的优势。投资成本低、保密性较好、安全稳定等。但是也很容易被损坏、难以铺设和维护。海底光缆的出现和广泛应用，通过连接不同的国家和地区，彻底改变了国际电信通信的方式，成为连接世界各地网络的关键基础设施之一。

光缆结构

海底光缆的结构主要分为三部分，包括缆芯护套结构和材料、铠装及外披层。缆芯是光缆的核心部分，包含一根或多根涂层光纤。这些光纤通常由增强构件组成（钢丝制成）螺旋缠绕在中心并置于专制不锈钢管中。管的外部还包裹有具有高强度拱形结构的钢丝。护套结构和材料用于保护光缆的内部结构。该部分通常包含铜管，其主要功能是避免光缆的微发生/宏弯曲。铠装和外包层是光缆的最外层。它通常由耐腐蚀金属材料制成，如铝或铜。

深海光缆的结构相对更复杂。它采用多层保护措施，确保光纤安全运行，防止海水渗透。光纤置于U形槽塑料骨架中，并填充油膏或弹性塑料体形成纤芯。这可以增加核心的稳定性。高强度钢丝用于缠绕纤维芯。在缠绕过程中，所有缝隙都要用防水材料填充，以确保光缆的防水性能。在钢丝周围加一层铜带，通过焊接和搭接，使钢丝和铜管形成一个具有抗压和抗拉性能的联合体。这可以增加电缆的强度和稳定性。在钢丝和铜管外，需要一个聚乙烯护套。这种护套可以提供额外的保护，以保护光纤免受外部压力和物理损坏。在鲨鱼频繁出现的海域，有必要在海底光缆外再增加一层聚乙烯护套，以进一步提供保护。这样可以防止鲨鱼咬断光缆，从而保护光缆的完整性。不同国家生产的海底光缆结构基本相同，通常由1至3对光纤组成。由于光纤的脆弱性，为了增加光纤电缆的机械强度和对外力的抵抗力，通常使用铝、保护由铜或钢丝制成的复合金属管。

中国：我国研制的海底光缆大多适用于浅海环境，其铺设深度通常小于500米。光缆的光纤屏蔽应变较大，一般高于1%采用从SWISSCAB公司引进的设备和技术生产海底光缆，采用不锈钢复合套管结构，单管最大光纤容量可达48芯。

法国：法国海底光缆的制造主要由法国国家通信研究中心牵头，该中心由Submar 组成- com公司负责生产。这种海底电缆采用骨架结构，具有一些特点。其结构是将骨架光纤单元置于中心，并用密封剂填充凹槽，以确保光纤单元具有纵向水密性。然后，用护套覆盖外部，并通过扭转钢丝层来增加强度，然后用聚乙烯层包裹外部并通过氟弧焊焊接铜管。这种设计可以有效地保护光缆免受外部影响。

日本：日本电报电话公司（NTT）国际电信和电话公司（KDD）负责开发海底电缆，日本海洋海底电线株式会社负责生产这些海底电缆。日本生产的海底光缆有一些独特的特点。首先，它们采用了双层金属管结构，具有很高的抗水压和径向水密性。光纤单元放置在中心，弹性材料用作缓冲层和纵向防水层。三个花瓣状的铝带缠绕在光纤单元的外部，这些铝带通过拼接成铝管而连接在一起。在外部压力的作用下，这些铝管会啮合得更牢固。其外径为7.1毫米。这些海底电缆也有一根包覆铜管的高强度钢丝。该铜管由铜带纵向包覆并焊接而成，其外径为11.4毫米。在铜管的外层，还有一层外径为22 mm的聚乙烯包覆层。

英国：英国的海底光缆技术是英国电信研究所(BTRL)STC公司负责研究和制造。这种光缆采用了特殊的结构设计，其中心部分是由钢丝环绕并填充密封剂的光纤单元，然后在外层覆盖一层保护层。整条光缆的直径为4毫米。此外，光缆还使用C形截面的铝管（后来改为铜管）在其外层缠绕一层高强度钢丝，再缠绕一层弧焊铜管（有时候这层铜管可以省略），整体外径达到了12 mm。最后，整条电缆被一层聚乙烯材料包裹，其外径达到26毫米。

美国：美国的海底光缆技术主要由贝尔研究所开发，Siplex负责生产。这种光缆采用特殊的光纤单元结构，将光纤完全包裹在弹性体中(Hytrel)它不仅起到缓冲作用，还可以防止水的渗透。具体结构是中心钢丝的外表面是弹性体，包覆的光纤绞合一次，然后外表面是弹性体和尼龙护套。光纤单元的外径是2.97mm。在光纤单元外，有两层不同规格的高强度钢丝。铜带焊接成铜管并包裹在钢丝层外。铜管外覆盖一层低密度聚乙烯作为绝缘层，再覆盖一层高密度聚乙烯护套。整体外径为25毫米。这种结构是一种非常典型的深海光缆结构。为防止鲨鱼咬断光缆，在上述结构外增加一层钢带，并挤制高密度聚乙烯护套。

水下中继器

中继器是一种设备，用于恢复来自光纤线路的微弱光数字信号，将其变成强光数字信号，并将其传输到下一条光纤线路。潜艇水下中继器需要配备防水性能优良的中继箱，以满足恶劣环境下的工作要求。这种直放站要求非常高的可靠性，以保证数据传输的稳定性和可靠性。

光分路器

光分路器又称光分路器，是光纤链路中重要的无源器件之一。它具有多个输入端和多个输出端，可以将一根光纤中传输的光能按照预定的比例分配到两根或多根光纤中，或者将多根光纤中传输的光能合并到一根光纤中。

光缆传输

光缆传输信号的原理是使用细玻璃纤维或石英玻璃纤维作为传输介质。电信号通过发光二极管或固态激光器转换为光信号，并通过光缆传输。在光缆中，信号通过检测器传输。接收端使用光电二极管将接收到的光信号恢复为电信号。在电磁兼容测试中，光缆经常被用作在强电磁场环境中传输信号的电缆。同样，光缆也可以代替传统的信号电缆来传输电磁场传感器检测到的微弱电信，以避免环境电磁场的干扰。在核电磁脉冲测试中，光缆是不可或缺的设备。

海底光缆是一种在复杂海洋环境中铺设的系统。根据铺设深度的不同，遇到的情况也不同。在浅海区和近岸海域，光缆可能会受到海底沉积物的影响、海底污泥、生物、附着生物、鲨鱼、海水流动和波浪的影响和侵入等。此外，你还可能面临船舶抛锚、渔具缠住电线等外部因素的威胁。在铺设和打捞过程中，光缆还承受着各种力，同时还要应对与铺设深度相关的海水压力。深海区海底光缆相对平静，外界因素少，但在铺设和打捞过程中面临更大的海水压力和更大的张力。海底光缆的设计要求很高。根据《海底光缆通用规范》(GJB4489-2002)，海底光缆应满足一系列机械性能指标。为了评估光缆的机械性能，需要进行相关测试。工作拉伸负荷试验、反复弯曲试验、冲击试验、抗压试验要求光缆护套不得开裂、开裂或断裂，光缆中的光纤不应有明显的剩余附加衰减。

传输距离分类

根据传输距离的不同，海底电缆可分为中继海底电缆和非中继海底电缆。

有中继海底光缆：干线海底电缆是一种长距离跨洋通信海底电缆，主要分布在太平洋和大西洋，部分跨越两大洋。这些海底光缆线路长落点多投资巨大技术先进。它在海底光缆市场中发挥着重要作用。

无中继海底光缆：无中继海底光缆的布局主要位于东南亚，其次是北欧、地中海和加勒比海等地区。这些地区有许多岛屿，因此需要高密度的无中继海底光缆来连接岛屿之间以及岛屿与大陆之间的通信。

功能作用分类

按功能和作用可分为海底通信光缆和海底光缆。

海底通信光缆：海底通信光缆主要用于通信业务。

海底光力光缆：海底光缆主要用于在水下传输大功率光能。

铠装分类

根据不同的装甲材料、铠装层厚度和铠装层数等参数-T G.972 定义了五种不同类型的海底光缆结构。它们是轻型深海光缆、轻型单层铠装海底光缆、重型单层铠装海底光缆、轻型双层铠装海底光缆、重型双层铠装海底电缆。

海域条件分类

根据铺设和应用的海况不同，海底光缆可分为深海和浅海。

深海海底光缆：深海海底光缆是一种专门设计用于水深超过1000米的海域的海底光缆。这种光缆采用无钢丝铠装的结构，通常具有4~12芯的光纤容量。为了保护光纤在铺设回收和修复过程中免受高海水压力和高张力的影响，光缆的光纤中填充有油膏或塑料弹性体。此外，使用高强度的双层钢丝缠绕在纤维芯周围或使用三个圆弧，并缠绕一层钢丝以增加抗压和抗拉强度。钢丝外纵向包一层铜带，通过焊接搭接缝连接。这种设计使钢丝和金属管形成一种具有抗压和抗拉能力的组合。铜管也用作长距离电流传输的导体。然后，在钢丝或铜管的外层包覆一层聚乙烯绝缘层，有些光缆在绝缘层外包覆一层聚乙烯护套。同时，钢丝缠绕过程中的缝隙和各部件之间的缝隙必须用保水复合材料填充，光缆断裂时海水会渗透进来。这种设计和构造使深海光缆具有良好的抗压和抗拉性能。

浅海海底光缆：浅海海底光缆一般敷设在水深不超过1000米的海域。与深海光缆相比，浅海光缆的芯线结构完全相同。浅海光缆的铠装可为单层或双层钢丝铠装，钢丝外径通常为4.0毫米6.0毫米和8.0毫米。铠装层数和钢丝外径需要根据铺设海底电缆的路线而定、海底环境条件（比如水深，能不能埋）和捕鱼条件等。根据铠装保护程度的不同，浅海海底光缆可分为轻型光缆、保护型光缆、单铠装光缆和双铠装光缆等。

结构分类

根据光纤的保护方式，海底光缆结构可分为紧缆芯结构和松缆芯结构两种。

紧缆芯结构光缆：在紧缆芯结构中，光缆中的光纤受到严密保护，使光纤的拉伸长度与光缆相同。

松缆芯结构光缆：在松缆芯结构中，光纤在光缆中有一定的自由移动空间，光纤的拉伸长度小于光缆的拉伸长度在光缆的拉伸长度达到规定值之前，光纤处于零拉伸状态。

材料特点

海底光缆结构坚固，材质轻。海水与铝之间的电化学反应会产生氢气，导致氢气分子扩散到光纤的玻璃材料中，增加光纤的损耗。海底光缆不使用轻金属铝20世纪90年代初，开发了碳涂层或涂层光纤以防止氢渗透和化学腐蚀。此外，海底光缆的光纤连接器需要具有较高的强度，以保证光纤的强度和表面在连接过程中不受损伤。

施工特点

海底电缆的施工过程是世界各国公认的复杂而困难的大型工程。

海底光缆的海洋勘探：对于海底光缆的建设，首先需要进行详细的海洋调查。比较几种方案后，选择一种安全可靠的方案、易于建设和维护节省投资的光缆线路。海洋调查的主要内容包括测量水深和海底地形，了解海底地质情况、沉积物分布、管道和电缆的布置，确定潜在的障碍物（如沉船等）研究海水温度的垂直分布和海水的腐蚀性，分析潮流活动，识别海洋地震区，了解航运、渔业和海产养殖及其他相关信息。

海底光缆

海底光缆路由调查：设计海底光缆路由时，必须遵守所有上级业务部门的批准程序。首先，有必要评估备选地点并考虑自然环境、海底地形和地理位置的稳定性。同时，我们需要考虑现有的海洋开发活动和海洋利用规划，这些活动和规划必须与渔业有关、交通、矿产、市政和军事部门已经达成协议。

海底光缆的布线：在选择海底光缆路由的着陆点时，需要考虑以下因素：路由长度较短、避开礁石和陡峭的地形、选择地形平缓，沉积物厚度大的地方。尽量选择人烟稀少交通便利的空旷地带，以便于施工作业，确保工程船能够轻松靠近。同时，应在附近修建港口维护和护岸等设施，以方便维护和维修。并且避开水流快的位置、开发热点和填海区，以确保捕鱼活动不会受到干扰。

海底光缆余量的计算：海底光缆需要考虑敷设长度大于实测长度。这是因为要考虑测量精度、建造方法和深海和浅海的长度。为了保证光缆的顺利铺设，建议增加一定幅度的海底光缆长度，一般来说应增加3%边缘和埋置区域的长度应增加5%的长度余量。这样可以避免施工时出现铺设不充分或达不到目标点的情况。

海底光缆铺设模式：根据海洋环境和水深的不同，海底光缆的铺设方式也不同。

浅海埋设

在浅海，尤其是频繁航行、在捕鱼和海洋养殖等活动频繁的海域，通常需要在海底埋设光缆，埋深为1米至1米.5米深，以保护电缆免受外部损坏。因此，可以采用水力喷射掩埋法。具体来说，海底光缆铺设的过程主要包括三个阶段：光缆路由的调查和清理光缆的安装以及冲洗和掩埋保护。埋地设备底部有多排喷水孔，平行分布在两侧。作业时，每个孔会同时向海底喷射高压水柱，将海底沉积物冲走，形成海底电缆沟。设备顶部有一个导缆孔，引导光缆沿海底电缆沟沉到底。在洋流的帮助下，海底电缆沟将被自动填满。整个掩埋设备将由一艘施工船牵引，并通过工作电缆接收各种指令。

深海敷设

在深海中，光缆通常通过铺设方法铺设在海底。这种方法涉及使用配备高压水泵的水下机器人，该机器人将冲刷一个凹槽，然后将光缆放入其中并覆盖海底的沉积物。在敷设过程中，需要通过控制敷设船的行驶速度和光缆的放缆速度来控制光缆的入水角度，避免光缆因弯曲半径过小或张力过大而损坏。在深海铺管时，铺管船释放光缆，利用水下监测器和水下遥控潜水器持续监测和调控船舶前进速度、光缆的走向和敷设速度，避开起伏的地形和岩石，防止光缆被损坏。

主要优势

海底光缆传输容量大保密性好，是一种高质量的通信传输方式。它集合了诸多优势，已成为承载国际通信业务的主要手段和全球信息传播的重要基础。

在海底光缆中使用光纤具有以下优点：

传输频带很宽，通信容量大，误码率低、传输损耗低，中继距离长、抗雷击和抗电磁干扰能力强、不容易被窃听没有相声干扰、数据不易被截获，保密性好、体积小，重量轻

与陆地光缆相比：首先，铺设海底光缆不需要挖掘道路或建造支撑结构，因此投资成本更低，建设速度更快。第二，除了与陆地相连的部分，大部分光缆都位于深海，远离风浪等自然环境的破坏和人类生产活动的干扰。这使得海底光缆具有良好的安全性和稳定性，并能很好地抗干扰和确保数据的保密性。

与人造卫星相比：首先，由于海水的存在，海底电缆可以有效防止外部电磁波的干扰，因此海底电缆的信噪比较低。第二，在海底光缆通信中，几乎感觉不到时延的存在，这对于实时性要求较高的应用非常重要。第三，海底光缆的设计寿命可以持续25年，而卫星通常在10到15年内耗尽燃料。选择海底光缆作为通信介质是更持久更稳定的选择。

缺点

数量较少：网络通信的需求是巨大的，如果仅仅依靠几根光缆进行传输，这就使得它们在危机时刻非常脆弱。

易人为误触：铺设海底光缆通常经过重要水域，这些水域往往是海上运输和渔船作业的主要通道。2001年和2003年，上海崇明岛曾发生过两起光缆被拖网渔船意外拉断的事件。

抗灾较差：在全球互联网中，美国是一个重要的中心地区，许多主要服务器和国际网站都位于美国。由于部分光缆穿过——环太平洋地震带，该地震带是世界上最活跃的地震多发带之一，地震经常导致光缆移位或断裂。这种情况给中国用户访问美国服务器带来了麻烦。中美之间几乎所有的光缆都需要经过台湾省附近的海域当主要光缆因当地地震而中断时，中国用户在访问美国服务器时不得不绕道欧洲或澳大利亚，这影响了信息传输速度。

敷设修复困难：海底光缆的铺设和维护被普遍认为是一项困难的工程。在浅海区域（水深不到200米）通常，光缆是通过掩埋的方式铺设的，但在深海地区，需要先进的施工设备，如船舶和遥控潜水器。此类工程必须面对深海高压和海水扰动等不利因素，修复海底光缆比铺设光缆更复杂。每个环节都需要克服许多困难，以确保修复工作的顺利进行。