海底光纜（Submarine   optical fiber   cable），又被稱為“海底通信電纜”海底光纜是一種用絕緣材料包裹并鋪設(shè)在海底的導(dǎo)體，用于傳輸電話和互聯(lián)網(wǎng)信號。海底光纜結(jié)構(gòu)牢固，材料輕便，光纖連接器需要具有較高的強度，以確保連接時光纖的強度和表面不受損壞。海底光纜是由海底電纜演變而來的。經(jīng)歷了海底電報電纜的階段、海底同軸電話電纜級。1850年，安格斯-法國電報公司奠定了世界 英國和法國之間的第一條海底電纜。19863356年，美國ATT公司奠定了世界領(lǐng)先地位西班牙加那利群島和特內(nèi)里費島之間的第一條商用海底光纜。我國對光通信的研究始于20世紀70年代。20世紀90年代，中國海底光纜通信逐步進入海底光纜通信時代。

海底光纜的結(jié)構(gòu)主要分為三部分，包括纜芯護套結(jié)構(gòu)和材料、鎧裝及外披層。纜芯是光纜的核心。海底光纜是鋪設(shè)在復(fù)雜海洋環(huán)境中的系統(tǒng)，其設(shè)計要求非常高，例如耐腐蝕性、防海水、耐高壓、耐氫損等。海底電纜按傳輸距離可分為中繼海底電纜和非中繼海底電纜，按海況可分為深海海底電纜和淺海海底電纜。按功能可分為海底通信電纜和海底光纜。與地面光纜和人造衛(wèi)星相比，海底光纜具有明顯的優(yōu)勢。投資成本低、保密性較好、安全穩(wěn)定等。但是也很容易被損壞、難以鋪設(shè)和維護。海底光纜的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，通過連接不同的國家和地區(qū)，徹底改變了國際電信通信的方式，成為連接世界各地網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施之一。

光纜結(jié)構(gòu)

海底光纜的結(jié)構(gòu)主要分為三部分，包括纜芯護套結(jié)構(gòu)和材料、鎧裝及外披層。纜芯是光纜的核心部分，包含一根或多根涂層光纖。這些光纖通常由增強構(gòu)件組成（鋼絲制成）螺旋纏繞在中心并置于專制不銹鋼管中。管的外部還包裹有具有高強度拱形結(jié)構(gòu)的鋼絲。護套結(jié)構(gòu)和材料用于保護光纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該部分通常包含銅管，其主要功能是避免光纜的微發(fā)生/宏彎曲。鎧裝和外包層是光纜的最外層。它通常由耐腐蝕金屬材料制成，如鋁或銅。

深海光纜的結(jié)構(gòu)相對更復(fù)雜。它采用多層保護措施，確保光纖安全運行，防止海水滲透。光纖置于U形槽塑料骨架中，并填充油膏或彈性塑料體形成纖芯。這可以增加核心的穩(wěn)定性。高強度鋼絲用于纏繞纖維芯。在纏繞過程中，所有縫隙都要用防水材料填充，以確保光纜的防水性能。在鋼絲周圍加一層銅帶，通過焊接和搭接，使鋼絲和銅管形成一個具有抗壓和抗拉性能的聯(lián)合體。這可以增加電纜的強度和穩(wěn)定性。在鋼絲和銅管外，需要一個聚乙烯護套。這種護套可以提供額外的保護，以保護光纖免受外部壓力和物理損壞。在鯊魚頻繁出現(xiàn)的海域，有必要在海底光纜外再增加一層聚乙烯護套，以進一步提供保護。這樣可以防止鯊魚咬斷光纜，從而保護光纜的完整性。不同國家生產(chǎn)的海底光纜結(jié)構(gòu)基本相同，通常由1至3對光纖組成。由于光纖的脆弱性，為了增加光纖電纜的機械強度和對外力的抵抗力，通常使用鋁、保護由銅或鋼絲制成的復(fù)合金屬管。

中國：我國研制的海底光纜大多適用于淺海環(huán)境，其鋪設(shè)深度通常小于500米。光纜的光纖屏蔽應(yīng)變較大，一般高于1%采用從SWISSCAB公司引進的設(shè)備和技術(shù)生產(chǎn)海底光纜，采用不銹鋼復(fù)合套管結(jié)構(gòu)，單管最大光纖容量可達48芯。

法國：法國海底光纜的制造主要由法國國家通信研究中心牽頭，該中心由Submar 組成- com公司負責(zé)生產(chǎn)。這種海底電纜采用骨架結(jié)構(gòu)，具有一些特點。其結(jié)構(gòu)是將骨架光纖單元置于中心，并用密封劑填充凹槽，以確保光纖單元具有縱向水密性。然后，用護套覆蓋外部，并通過扭轉(zhuǎn)鋼絲層來增加強度，然后用聚乙烯層包裹外部并通過氟弧焊焊接銅管。這種設(shè)計可以有效地保護光纜免受外部影響。

日本：日本電報電話公司（NTT）國際電信和電話公司（KDD）負責(zé)開發(fā)海底電纜，日本海洋海底電線株式會社負責(zé)生產(chǎn)這些海底電纜。日本生產(chǎn)的海底光纜有一些獨特的特點。首先，它們采用了雙層金屬管結(jié)構(gòu)，具有很高的抗水壓和徑向水密性。光纖單元放置在中心，彈性材料用作緩沖層和縱向防水層。三個花瓣狀的鋁帶纏繞在光纖單元的外部，這些鋁帶通過拼接成鋁管而連接在一起。在外部壓力的作用下，這些鋁管會嚙合得更牢固。其外徑為7.1毫米。這些海底電纜也有一根包覆銅管的高強度鋼絲。該銅管由銅帶縱向包覆并焊接而成，其外徑為11.4毫米。在銅管的外層，還有一層外徑為22 mm的聚乙烯包覆層。

英國：英國的海底光纜技術(shù)是英國電信研究所(BTRL)STC公司負責(zé)研究和制造。這種光纜采用了特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中心部分是由鋼絲環(huán)繞并填充密封劑的光纖單元，然后在外層覆蓋一層保護層。整條光纜的直徑為4毫米。此外，光纜還使用C形截面的鋁管（后來改為銅管）在其外層纏繞一層高強度鋼絲，再纏繞一層弧焊銅管（有時候這層銅管可以省略），整體外徑達到了12 mm。最后，整條電纜被一層聚乙烯材料包裹，其外徑達到26毫米。

美國：美國的海底光纜技術(shù)主要由貝爾研究所開發(fā)，Siplex負責(zé)生產(chǎn)。這種光纜采用特殊的光纖單元結(jié)構(gòu)，將光纖完全包裹在彈性體中(Hytrel)它不僅起到緩沖作用，還可以防止水的滲透。具體結(jié)構(gòu)是中心鋼絲的外表面是彈性體，包覆的光纖絞合一次，然后外表面是彈性體和尼龍護套。光纖單元的外徑是2.97mm。在光纖單元外，有兩層不同規(guī)格的高強度鋼絲。銅帶焊接成銅管并包裹在鋼絲層外。銅管外覆蓋一層低密度聚乙烯作為絕緣層，再覆蓋一層高密度聚乙烯護套。整體外徑為25毫米。這種結(jié)構(gòu)是一種非常典型的深海光纜結(jié)構(gòu)。為防止鯊魚咬斷光纜，在上述結(jié)構(gòu)外增加一層鋼帶，并擠制高密度聚乙烯護套。

水下中繼器

中繼器是一種設(shè)備，用于恢復(fù)來自光纖線路的微弱光數(shù)字信號，將其變成強光數(shù)字信號，并將其傳輸?shù)较乱粭l光纖線路。潛艇水下中繼器需要配備防水性能優(yōu)良的中繼箱，以滿足惡劣環(huán)境下的工作要求。這種直放站要求非常高的可靠性，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

光分路器

光分路器又稱光分路器，是光纖鏈路中重要的無源器件之一。它具有多個輸入端和多個輸出端，可以將一根光纖中傳輸?shù)墓饽馨凑疹A(yù)定的比例分配到兩根或多根光纖中，或者將多根光纖中傳輸?shù)墓饽芎喜⒌揭桓饫w中。

光纜傳輸

光纜傳輸信號的原理是使用細玻璃纖維或石英玻璃纖維作為傳輸介質(zhì)。電信號通過發(fā)光二極管或固態(tài)激光器轉(zhuǎn)換為光信號，并通過光纜傳輸。在光纜中，信號通過檢測器傳輸。接收端使用光電二極管將接收到的光信號恢復(fù)為電信號。在電磁兼容測試中，光纜經(jīng)常被用作在強電磁場環(huán)境中傳輸信號的電纜。同樣，光纜也可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的信號電纜來傳輸電磁場傳感器檢測到的微弱電信，以避免環(huán)境電磁場的干擾。在核電磁脈沖測試中，光纜是不可或缺的設(shè)備。

海底光纜是一種在復(fù)雜海洋環(huán)境中鋪設(shè)的系統(tǒng)。根據(jù)鋪設(shè)深度的不同，遇到的情況也不同。在淺海區(qū)和近岸海域，光纜可能會受到海底沉積物的影響、海底污泥、生物、附著生物、鯊魚、海水流動和波浪的影響和侵入等。此外，你還可能面臨船舶拋錨、漁具纏住電線等外部因素的威脅。在鋪設(shè)和打撈過程中，光纜還承受著各種力，同時還要應(yīng)對與鋪設(shè)深度相關(guān)的海水壓力。深海區(qū)海底光纜相對平靜，外界因素少，但在鋪設(shè)和打撈過程中面臨更大的海水壓力和更大的張力。海底光纜的設(shè)計要求很高。根據(jù)《海底光纜通用規(guī)范》(GJB4489-2002)，海底光纜應(yīng)滿足一系列機械性能指標。為了評估光纜的機械性能，需要進行相關(guān)測試。工作拉伸負荷試驗、反復(fù)彎曲試驗、沖擊試驗、抗壓試驗要求光纜護套不得開裂、開裂或斷裂，光纜中的光纖不應(yīng)有明顯的剩余附加衰減。

傳輸距離分類

根據(jù)傳輸距離的不同，海底電纜可分為中繼海底電纜和非中繼海底電纜。

有中繼海底光纜：干線海底電纜是一種長距離跨洋通信海底電纜，主要分布在太平洋和大西洋，部分跨越兩大洋。這些海底光纜線路長落點多投資巨大技術(shù)先進。它在海底光纜市場中發(fā)揮著重要作用。

無中繼海底光纜：無中繼海底光纜的布局主要位于東南亞，其次是北歐、地中海和加勒比海等地區(qū)。這些地區(qū)有許多島嶼，因此需要高密度的無中繼海底光纜來連接島嶼之間以及島嶼與大陸之間的通信。

功能作用分類

按功能和作用可分為海底通信光纜和海底光纜。

海底通信光纜：海底通信光纜主要用于通信業(yè)務(wù)。

海底光力光纜：海底光纜主要用于在水下傳輸大功率光能。

鎧裝分類

根據(jù)不同的裝甲材料、鎧裝層厚度和鎧裝層數(shù)等參數(shù)-T G.972 定義了五種不同類型的海底光纜結(jié)構(gòu)。它們是輕型深海光纜、輕型單層鎧裝海底光纜、重型單層鎧裝海底光纜、輕型雙層鎧裝海底光纜、重型雙層鎧裝海底電纜。

海域條件分類

根據(jù)鋪設(shè)和應(yīng)用的海況不同，海底光纜可分為深海和淺海。

深海海底光纜：深海海底光纜是一種專門設(shè)計用于水深超過1000米的海域的海底光纜。這種光纜采用無鋼絲鎧裝的結(jié)構(gòu)，通常具有4~12芯的光纖容量。為了保護光纖在鋪設(shè)回收和修復(fù)過程中免受高海水壓力和高張力的影響，光纜的光纖中填充有油膏或塑料彈性體。此外，使用高強度的雙層鋼絲纏繞在纖維芯周圍或使用三個圓弧，并纏繞一層鋼絲以增加抗壓和抗拉強度。鋼絲外縱向包一層銅帶，通過焊接搭接縫連接。這種設(shè)計使鋼絲和金屬管形成一種具有抗壓和抗拉能力的組合。銅管也用作長距離電流傳輸?shù)膶?dǎo)體。然后，在鋼絲或銅管的外層包覆一層聚乙烯絕緣層，有些光纜在絕緣層外包覆一層聚乙烯護套。同時，鋼絲纏繞過程中的縫隙和各部件之間的縫隙必須用保水復(fù)合材料填充，光纜斷裂時海水會滲透進來。這種設(shè)計和構(gòu)造使深海光纜具有良好的抗壓和抗拉性能。

淺海海底光纜：淺海海底光纜一般敷設(shè)在水深不超過1000米的海域。與深海光纜相比，淺海光纜的芯線結(jié)構(gòu)完全相同。淺海光纜的鎧裝可為單層或雙層鋼絲鎧裝，鋼絲外徑通常為4.0毫米6.0毫米和8.0毫米。鎧裝層數(shù)和鋼絲外徑需要根據(jù)鋪設(shè)海底電纜的路線而定、海底環(huán)境條件（比如水深，能不能埋）和捕魚條件等。根據(jù)鎧裝保護程度的不同，淺海海底光纜可分為輕型光纜、保護型光纜、單鎧裝光纜和雙鎧裝光纜等。

結(jié)構(gòu)分類

根據(jù)光纖的保護方式，海底光纜結(jié)構(gòu)可分為緊纜芯結(jié)構(gòu)和松纜芯結(jié)構(gòu)兩種。

緊纜芯結(jié)構(gòu)光纜：在緊纜芯結(jié)構(gòu)中，光纜中的光纖受到嚴密保護，使光纖的拉伸長度與光纜相同。

松纜芯結(jié)構(gòu)光纜：在松纜芯結(jié)構(gòu)中，光纖在光纜中有一定的自由移動空間，光纖的拉伸長度小于光纜的拉伸長度在光纜的拉伸長度達到規(guī)定值之前，光纖處于零拉伸狀態(tài)。

材料特點

海底光纜結(jié)構(gòu)堅固，材質(zhì)輕。海水與鋁之間的電化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生氫氣，導(dǎo)致氫氣分子擴散到光纖的玻璃材料中，增加光纖的損耗。海底光纜不使用輕金屬鋁20世紀90年代初，開發(fā)了碳涂層或涂層光纖以防止氫滲透和化學(xué)腐蝕。此外，海底光纜的光纖連接器需要具有較高的強度，以保證光纖的強度和表面在連接過程中不受損傷。

施工特點

海底電纜的施工過程是世界各國公認的復(fù)雜而困難的大型工程。

海底光纜的海洋勘探：對于海底光纜的建設(shè)，首先需要進行詳細的海洋調(diào)查。比較幾種方案后，選擇一種安全可靠的方案、易于建設(shè)和維護節(jié)省投資的光纜線路。海洋調(diào)查的主要內(nèi)容包括測量水深和海底地形，了解海底地質(zhì)情況、沉積物分布、管道和電纜的布置，確定潛在的障礙物（如沉船等）研究海水溫度的垂直分布和海水的腐蝕性，分析潮流活動，識別海洋地震區(qū)，了解航運、漁業(yè)和海產(chǎn)養(yǎng)殖及其他相關(guān)信息。

海底光纜

海底光纜路由調(diào)查：設(shè)計海底光纜路由時，必須遵守所有上級業(yè)務(wù)部門的批準程序。首先，有必要評估備選地點并考慮自然環(huán)境、海底地形和地理位置的穩(wěn)定性。同時，我們需要考慮現(xiàn)有的海洋開發(fā)活動和海洋利用規(guī)劃，這些活動和規(guī)劃必須與漁業(yè)有關(guān)、交通、礦產(chǎn)、市政和軍事部門已經(jīng)達成協(xié)議。

海底光纜的布線：在選擇海底光纜路由的著陸點時，需要考慮以下因素：路由長度較短、避開礁石和陡峭的地形、選擇地形平緩，沉積物厚度大的地方。盡量選擇人煙稀少交通便利的空曠地帶，以便于施工作業(yè)，確保工程船能夠輕松靠近。同時，應(yīng)在附近修建港口維護和護岸等設(shè)施，以方便維護和維修。并且避開水流快的位置、開發(fā)熱點和填海區(qū)，以確保捕魚活動不會受到干擾。

海底光纜余量的計算：海底光纜需要考慮敷設(shè)長度大于實測長度。這是因為要考慮測量精度、建造方法和深海和淺海的長度。為了保證光纜的順利鋪設(shè)，建議增加一定幅度的海底光纜長度，一般來說應(yīng)增加3%邊緣和埋置區(qū)域的長度應(yīng)增加5%的長度余量。這樣可以避免施工時出現(xiàn)鋪設(shè)不充分或達不到目標點的情況。

海底光纜鋪設(shè)模式：根據(jù)海洋環(huán)境和水深的不同，海底光纜的鋪設(shè)方式也不同。

淺海埋設(shè)

在淺海，尤其是頻繁航行、在捕魚和海洋養(yǎng)殖等活動頻繁的海域，通常需要在海底埋設(shè)光纜，埋深為1米至1米.5米深，以保護電纜免受外部損壞。因此，可以采用水力噴射掩埋法。具體來說，海底光纜鋪設(shè)的過程主要包括三個階段：光纜路由的調(diào)查和清理光纜的安裝以及沖洗和掩埋保護。埋地設(shè)備底部有多排噴水孔，平行分布在兩側(cè)。作業(yè)時，每個孔會同時向海底噴射高壓水柱，將海底沉積物沖走，形成海底電纜溝。設(shè)備頂部有一個導(dǎo)纜孔，引導(dǎo)光纜沿海底電纜溝沉到底。在洋流的幫助下，海底電纜溝將被自動填滿。整個掩埋設(shè)備將由一艘施工船牽引，并通過工作電纜接收各種指令。

深海敷設(shè)

在深海中，光纜通常通過鋪設(shè)方法鋪設(shè)在海底。這種方法涉及使用配備高壓水泵的水下機器人，該機器人將沖刷一個凹槽，然后將光纜放入其中并覆蓋海底的沉積物。在敷設(shè)過程中，需要通過控制敷設(shè)船的行駛速度和光纜的放纜速度來控制光纜的入水角度，避免光纜因彎曲半徑過小或張力過大而損壞。在深海鋪管時，鋪管船釋放光纜，利用水下監(jiān)測器和水下遙控潛水器持續(xù)監(jiān)測和調(diào)控船舶前進速度、光纜的走向和敷設(shè)速度，避開起伏的地形和巖石，防止光纜被損壞。

主要優(yōu)勢

海底光纜傳輸容量大保密性好，是一種高質(zhì)量的通信傳輸方式。它集合了諸多優(yōu)勢，已成為承載國際通信業(yè)務(wù)的主要手段和全球信息傳播的重要基礎(chǔ)。

在海底光纜中使用光纖具有以下優(yōu)點：

傳輸頻帶很寬，通信容量大，誤碼率低、傳輸損耗低，中繼距離長、抗雷擊和抗電磁干擾能力強、不容易被竊聽沒有相聲干擾、數(shù)據(jù)不易被截獲，保密性好、體積小，重量輕

與陸地光纜相比：首先，鋪設(shè)海底光纜不需要挖掘道路或建造支撐結(jié)構(gòu)，因此投資成本更低，建設(shè)速度更快。第二，除了與陸地相連的部分，大部分光纜都位于深海，遠離風(fēng)浪等自然環(huán)境的破壞和人類生產(chǎn)活動的干擾。這使得海底光纜具有良好的安全性和穩(wěn)定性，并能很好地抗干擾和確保數(shù)據(jù)的保密性。

與人造衛(wèi)星相比：首先，由于海水的存在，海底電纜可以有效防止外部電磁波的干擾，因此海底電纜的信噪比較低。第二，在海底光纜通信中，幾乎感覺不到時延的存在，這對于實時性要求較高的應(yīng)用非常重要。第三，海底光纜的設(shè)計壽命可以持續(xù)25年，而衛(wèi)星通常在10到15年內(nèi)耗盡燃料。選擇海底光纜作為通信介質(zhì)是更持久更穩(wěn)定的選擇。

缺點

數(shù)量較少：網(wǎng)絡(luò)通信的需求是巨大的，如果僅僅依靠幾根光纜進行傳輸，這就使得它們在危機時刻非常脆弱。

易人為誤觸：鋪設(shè)海底光纜通常經(jīng)過重要水域，這些水域往往是海上運輸和漁船作業(yè)的主要通道。2001年和2003年，上海崇明島曾發(fā)生過兩起光纜被拖網(wǎng)漁船意外拉斷的事件。

抗災(zāi)較差：在全球互聯(lián)網(wǎng)中，美國是一個重要的中心地區(qū)，許多主要服務(wù)器和國際網(wǎng)站都位于美國。由于部分光纜穿過——環(huán)太平洋地震帶，該地震帶是世界上最活躍的地震多發(fā)帶之一，地震經(jīng)常導(dǎo)致光纜移位或斷裂。這種情況給中國用戶訪問美國服務(wù)器帶來了麻煩。中美之間幾乎所有的光纜都需要經(jīng)過臺灣省附近的海域當主要光纜因當?shù)氐卣鸲袛鄷r，中國用戶在訪問美國服務(wù)器時不得不繞道歐洲或澳大利亞，這影響了信息傳輸速度。

敷設(shè)修復(fù)困難：海底光纜的鋪設(shè)和維護被普遍認為是一項困難的工程。在淺海區(qū)域（水深不到200米）通常，光纜是通過掩埋的方式鋪設(shè)的，但在深海地區(qū)，需要先進的施工設(shè)備，如船舶和遙控潛水器。此類工程必須面對深海高壓和海水擾動等不利因素，修復(fù)海底光纜比鋪設(shè)光纜更復(fù)雜。每個環(huán)節(jié)都需要克服許多困難，以確保修復(fù)工作的順利進行。