海底光纜，Submarine Optical Fibre (Fiber) Cable，又稱海底通訊電纜，是用絕緣材料包裹的導線，鋪設在海底，用以設立國家之間的電信傳輸。
海底光纜系統主要用於連線光纜和Internet，它分為岸上設備和水下設備兩大部分，海底光纜即水下設備中最重要的也是最脆弱的部分。
基本介紹
- 中文名：海底光纜
- 外文名：Submarine Optical Fibre (Fiber) Cable
- 別稱：海底通訊電纜
- 鋪設地點：海底
- 作用：國家之間的電信傳輸
- 設計壽命：25年
設備結構,發展歷史,主要種類,技術原理,主要特性,建設進展,國外,中國,施工方法,設計要求,鋪設過程,登錄地點,事故處理,斷裂,損害,修復,
設備結構
海底光纜是用絕緣外皮包裹的導線束鋪設在海底，海水可防止外界光磁波的干擾，所以海纜的信噪比較高；海底光纜通信中感受不到時間延遲。海底光纜的設計壽命為持續工作25年，而人造衛星一般在10到15年內就會燃料用盡。
三芯海底光纜
三芯海底光纜海底光纜系統主要用於連線光纜和Internet，它分為岸上設備和水下設備兩大部分。岸上設備將語音、圖象、數據等通信業務打包傳輸。水下設備負責通信信號的處理、傳送和接收。水下設備分為海底光纜、中繼器和“分支單元”三部分：海底光纜是其中最重要的也是最脆弱的部分。
深海光纜的結構比較複雜：光纖設在U形槽塑膠骨架中，槽內填滿油膏或彈性塑膠體形成纖芯。纖芯周圍用高強度的鋼絲繞包，在繞包過程中要把所有縫隙都用防水材料填滿，再在鋼絲周圍繞包一層銅帶並焊接搭縫，使鋼絲和銅管形成一個抗壓和抗拉的聯合體。在鋼絲和銅管的外面還要再加一層聚乙烯護套。這樣嚴密多層的結構是為了保護光纖、防止斷裂以及防止海水的侵入。在有鯊魚出沒的地區，在海纜外面還要再加一層聚乙烯護套。
海底光纜的結構要求堅固、材料輕，但不能用輕金屬鋁，因為鋁和海水會發生電化學反應而產生氫氣，氫分子會擴散到光纖的玻璃材料中，使光纖的損耗變大。因此海底光纜既要防止內部產生氫氣，同時還要防止氫氣從外部滲入光纜。為此，在90年代初期，研製開發出一種塗碳或塗鈦層的光纖，能阻止氫的滲透和防止化學腐蝕。光纖接頭也要求是高強度的，要求接續保持原有光纖的強度和原有光纖的表面不受損傷。
發展歷史
海底光纜通信已有一百多年歷史。
1850年盎格魯-法國電報公司開始在英法之間鋪設了世界第一條海底電纜，只能傳送莫爾斯電報密碼。
全世界第一條海底電纜是1850年在英國和法國之間鋪設，由 John Watkins Brett 's 盎格魯-法國電報公司（Anglo-French Telegraph Company）開設一條穿越英吉利海峽的電纜，品質粗劣，沒有其他任何保障。1851年11月13日，受保護的核心，即真正的電纜，被架設起來，1852年，大不列顛及愛爾蘭被連線在一起。
亞歐3號國際海底光纜
亞歐3號國際海底光纜1852年海底電報公司第一次將纜線聯繫倫敦到巴黎。1853年，英格蘭由一個電纜橫跨北海，被加入到荷蘭。第一次用纜線將倫敦和巴黎聯繫起來。
1858年賽勒斯由西場（Cyrus West Field），他們說服英國工業家基金第一次嘗試在打下一個跨大西洋的電報電纜。從一開始，並在運作中，只有1個月。這項技術一直存在不少問題。科學家們試圖在1865年和1866年不斷嘗試更新的技術，大東電報局則用更為先進的技術，並產生了世界上第一個成功的跨大西洋電纜。1870年在印度又完成這項技術。
1866年英國在美英兩國之間鋪設跨大西洋海底電纜(The Atlantic Cable)取得成功，實現了歐美大陸之間跨大西洋的電報通訊。
1876年，貝爾發明電話後，海底電纜具備了新的功能，各國大規模鋪設海底電纜的步伐加快了。
到1888年共完成架設 兩條水線，一條是福州川石島與台灣滬尾（淡水）之間的177海里水線，主要是提供台灣府向清廷通報台灣的天災、治安、財經，並提供商務通訊使用；另外一條 為台南安平通往澎湖的53海里水線。福建外海川石島的大陸登入點依舊存在，但是台灣淡水的具體登入點已經不可考。
1902年環球海底通信電纜建成。
1987年，中國台灣第一條海底電纜完成，即台灣淡水與日本長崎之間。（已停用）
1988年，中國大陸的第一條海底電纜是在1988年完成的，即福州川石島與台灣（淡水）之間，長177海里。（已停用）
1988年，在美國與英國、法國之間敷設了越洋的海底光纜（TAT-8）系統，全長6700公里。這條光纜含有3對光纖，每對的傳輸速率為280Mb/s，中繼站距離為67公里。這是第一條跨越大西洋的通信海底光纜，標誌著海底光纜時代的到來。
1989年，跨越太平洋的海底光纜（全長13200公里）也建設成功，從此，海底光纜就在跨越海洋的洲際海纜領域取代了同軸電纜，遠洋洲際間不再敷設海底電纜。
進入90年代，海底光纜和衛星通信成為當代洲際通信的主要手段。
1989年開始到1998年底，中國先後參與18條國際海底光纜的建設與投資。
1993年12月，第一個在中國登入的國際海底光纜系統是中國——日本（C-J）海底光纜系統。
1996年2月中韓海底光纜建成開通，分別在我國青島和韓國泰安登入，全長549公里。
1997年11月，我國參與建設的全球海底光纜系統（FLAG）建成並投入運營，這是第一條在我國登入的洲際光纜系統，分別在英國、埃及、印度、泰國、日本等12個國家和地區登入，全長27000多公里，其中中國段為622公里。
2000年9月14日，隨著亞歐海底光纜上海登入站的開通，由中國電信集團公司參與建設、連線亞歐海底33個國家和地區的亞歐海底光纜系統，經過三年多的建設正式開通。它的建成標誌著我國國際通信水平又邁上一個新台階。
2014年8月12日，谷歌宣布，將與其他5家公司合作，建設價值3億美元的太平洋海底光纜系統，從而幫助亞洲用戶獲得更快的網速。這一名為“FASTER”的高速海底光纜將連線日本海岸線的兩處位置和美國西海岸城市，包括洛杉磯、舊金山、波特蘭和西雅圖。在該項目上與谷歌合作的五家公司包括中國移動、中國電信、法國Global Transit、日本KDDI和新加坡電信。在建設完成後，這一海底光纜的頻寬將達到60Tbps，是普通有線數據機頻寬的約1000萬倍。
谷歌還支持了另一個連線美國和日本的跨太平洋海底光纜系統UNITY。這一系統已於2010年投入使用。當時的海底光纜頻寬為7.68Tbps。
2016年初，美國軍方科學家正在開發一種可快速修復的海底光纜，它可以恢復被對手破壞的戰術軍事通信。
主要種類
根據不同的海洋環境和水深
可分為深海光纜和淺海光纜，相應地在光纜結構上表現為單層鎧裝層和雙層鎧裝層。在產品型號表示方法上用DK表示單層鎧裝，用SK表示雙層鎧裝。規格由光纖數量和類別表示。
根據作用和功能可分為
分海底通信光纜和海底光力光纜。前者主要用於通訊業務，後者主要用於水下傳輸大功率光能。
技術原理
世界各國的網路可以看成是一個大型區域網路，海底和陸上光纜將它們連線成為網際網路，光纜是Internet 的“中樞神經”，而美國幾乎是Internet 的“大腦”。美國作為Internet 的發源地，存放著很多的Web和IM（如MSN）等伺服器，全球解析域名的13個根伺服器就有10個在美國，登錄多數 .com 、.net 網站或發電子郵件，數據幾乎都要到美國繞一圈才能到達目的地。
海纜是分區維護的，出於安全目的，海纜平時也需維護。如果有人把海纜撈出來，加進光纖，就可以偷走信息。如果發生戰爭，也可能有人破壞光纜。海纜是通信的最好解決辦法，別的方法如衛星、微波可以作為補充，但是看來無法取代海纜，因為它們的信道有限。是能讓廣大用戶以便宜的方式進行溝通的方式。
海纜系統的遠程供電十分重要，海底電纜沿線的中繼器，要靠登入局遠程供電工作。海底光纜用的數字中繼器功能多，比海底電纜的模擬中繼器的用電量要大好幾倍，供電要求有很高的可靠性，不能中斷。因此在有鯊魚出沒的地區，在海底光纜的外面還要加上鋼帶繞包兩層和再加一層聚乙烯外護套。 即使是如此嚴密的防護，在80年代末還是發現過深海光纜的聚乙烯絕緣體被鯊魚咬壞造成供電故障的實例。
主要特性
同陸地光纜相比，海底光纜有很多優越性：一是鋪設不需要挖坑道或用支架支撐，因而投資少，建設速度快；二是除了登入地段以外，電纜大多在一定深度的海底，不受風浪等自然環境的破壞和人類生產活動的干擾，所以，電纜安全穩定，抗干擾能力強，保密性能好。
建設進展
國外
亞歐海底光纜系統西起英國，經地中海連線法國、義大利等國，通過紅海進入印度洋到新加坡，然後再向東，經馬來西亞、菲律賓、越南等到達中國，最後通達日本、韓國。它全長約3.8萬公里，連線33個國家和地區，總計39個登入站。亞歐海底光纜系統在我國上海、汕頭各設1個登入站。
中國
海底光纜作為當代國際通信的重要手段，承擔了90%的國際通信業務，是全球信息通信的主要載體。也是我國光纖企業新的高利潤增長點。
我國海纜系統建設最大的問題便是海纜系統集成問題。國際市場採用通信設備總包商、光纜製造企業及施工單位共同合作的海纜建設模式，而我國海纜建設採用條塊化分割模式，由設計院與運營商進行前期論證和線路設計，由海纜製造企業提供海纜與附屬檔案，由海纜施工單位敷設，再由業主或運營商進行系統集成。這種模式不利於整合系統集成能力，不利於形成一到兩家的海纜系統集成商，更不利於中國海纜系統走向國際。
海底光纜的生產技術主要有海纜專用光纖製造、海纜專用雷射焊接不鏽鋼管光單元製造、內層鋼絲鎧裝、無縫銅管制造、絕緣層擠制、外層鋼絲鎧裝、外被層PP繩與瀝青製造。
2017年6月27日，在中國聯通2017年國際合作夥伴大會上，中國聯通、喀麥隆電信、華為海洋共同簽署了南大西洋國際海底光纜（SAIL）建設協定。SAIL海纜全長約6000公里，設計容量32Tbit/s，建成後將連線非洲大陸與美洲大陸，成為非洲和南美洲之間傳輸容量最大、時延最小的海纜路由，可提供優質可靠的洲際通信服務。
施工方法
設計要求
海底光纜設計必須保證光纖不受外力和環境影響，其基本要求是：能適應海底壓力、磨損、腐蝕、生物等環境；有合適的鎧裝層防止漁輪拖網、船錨及鯊魚的傷害；光纜斷裂時，儘可能減少海水滲入光纜內的長度；能防止從外部滲透到光纜內的氫氣與防止內部產生的氫氣；具有一個低電阻的遠供電迴路；能承受敷設與回收時的張力；使用壽命一般要求在25年以上。
海底光纜
海底光纜深海（深度在1000米以上）海底光纜採用無鋼絲鎧裝結構，但光纜纜心的結構和加強構件（一般為中心鋼絲）必須能保護光纖，以防止海水的高壓力與敷設、回收時的高張力。為了防止鯊魚傷害，還應在鯊魚出沒海域的深海光纜護套上螺旋繞包二層鋼帶，並擠一層聚乙烯外護套。
淺海（水深在1000米以內）海底光纜的纜心結構與深海光纜相同，但淺海光纜要有單層或雙層鋼絲鎧裝。鎧裝層數和鋼絲外徑要根據海纜路由的海底環境、水深、能否埋設、漁撈等情況而定。
鋪設過程
海底電纜工程被世界各國公認為複雜困難的大型工程。在淺海，如水深小於200米的海域纜線採用埋設，而在深海則採用敷設。水力噴射式埋設是主要的埋設方法。埋設設備的底部有幾排噴水孔，平行分布於兩側，作業時，每個孔同時向海底噴射出高壓水柱，將海底泥沙沖開，形成海纜溝；設備上部有一導纜孔，用來引導電纜（光纜）到海纜溝底部，由潮流將沖溝自動填平。埋設設備由施工船拖曳前進，並通過工作電纜作出各種指令。敷纜機一般沒有水下埋設設備，靠海纜自重敷設在海底表面。
船不斷往前開，然後用水下機器人沖一個溝，將光纜放入，然後再用水下機器人把泥沙沖回去，覆蓋光纜，然後不斷前進，當需要駁接時則在船上先接完成，然後密封，再繼續鋪設。海底光纜全部都為光纖的，電纜的已經很少了，並且鋪設的全部都是埋進泥土裡的了，就是用水下機器人沖一個溝然後放進去再埋上泥土。
水下機器人其實是利用一個高壓水泵，將水加壓到很高的壓力噴射出去，從而衝出溝槽來的。至於維護，這個沒有什麼維護可言，通常不需要維護，只需要定期用水下機器人勘察是否光纜有露即可，如果有則將泥沙覆蓋上去。另外如果斷了，用衰減檢測儀測量就可以得到具體位置，然後去到那撈上來，進行駁接或者其他方式，通常都是將損壞的一段全部切掉，換上新的一段。
登錄地點
海底光纜是國際網際網路的骨架。光纜的多少，代表一國與網際網路的聯繫是否緊密。
有人利用微軟的Bing地圖，以及wikipedia的數據，做出了一幅互動式的世界海底光纜分布圖。
中國大陸的海底光纜連線點只有三個，
第一個是青島（2條光纜）。
第二個是上海（6條光纜）。
第三個是汕頭（3條光纜）。
由於光纜之間存在重合，所以實際上，中國大陸與Internet的所有通道，就是3個入口6條光纜。
1. APCN2（亞太二號）海底光纜
頻寬：2.56Tbps
長度：19000km
經過地區：中國大陸、香港、台灣、日本、韓國、馬來西亞、菲律賓。
入境地點：汕頭，上海。
2. CUCN（中美）海底光纜
頻寬：2.2Tbps
長度：30000km
經過地區：中國大陸，台灣，日本，韓國，美國。
入境地點：汕頭，上海。
3. SEA-ME-WE 3（亞歐）海底光纜
頻寬：960Gbps
長度：39000km
經過地區：東亞，東南亞，中東，西歐。
入境地點：汕頭，上海。
4. EAC-C2C海底光纜
頻寬：10.24Tbps
長度：36800km
經過地區：亞太地區
入境地點：上海，青島
5. FLAG海底光纜
頻寬：10Gbps
長度：27000km
經過地區：西歐，中東，南亞，東亞
入境地點：上海
6. Trans-Pacific Express（TPE，泛太平洋）海底光纜
頻寬：5.12Tbps
長度：17700km
經過地區：中國大陸，台灣，韓國，美國
入境地點：上海，青島
作為比較，台灣有9條光纜，香港和韓國各有11條光纜，而日本至少有11個入口15條光纜。
事故處理
斷裂
海纜斷裂一般有兩大原因。一是地震、海嘯等不可抗力，二是人為原因。一旦斷纜，不僅在國際通信上造成巨大影響，因此造成的損失更是無法估算。
損害
電纜往往容易遭到捕魚的拖網漁船，船錨破壞，甚至鯊魚咬斷。電纜有時也被敵軍部隊在戰時破壞。1929年紐芬蘭大地震，其引發的大規模的海底崩塌導致跨大西洋電纜損壞。
一旦多條海底電纜同時受損（如遭地震破壞），有可能導致區域性網際網路和長途電話服務的中斷，造成難以估算的損失，例如2006年恆春地震正是一例。
修理深電纜，損壞的部分是帶到水面上修理。深水帶的電纜必須剪斷被破壞的部份，再帶到水面上修復，重新修復的部份會較原來的更長一些。
一些港口附近重要的電纜線，成立有專門修復電纜的修復艦。新斯科細亞哈利法克斯附近就有設立數家像 CS Cyrus West Field等修復公司。有些大型的電信業者如法國電信、日本電信電話等擁有自己的海纜船。
修復
海底光纜通常埋在海床下1—2米深的地方，由於海床不是很規則，光纜有時候免不了會露出來。漁船下錨和使用拖網捕魚時都可能將光纜毀壞，因此，在海底有光纜通過的地方被劃作禁止拋錨區，不許船隻停靠。這個原理和陸地上的光纜一樣，我們經常在路上看到這樣的標誌“地下有光纜，禁止施工”。海底光纜需要保護，也需加強技術提高海纜自身的抗拉性。
如果光纜在水下不足2000米的深處，可以使用機器人打撈光纜，一般位於水深約3000米至4000米海域，只能使用一種抓鉤，抓鉤收放一次就需要12個小時以上。將斷掉的光纜撈到船上後需要在中間加纜，這個工作是由專業性很強的技師來完成的。
1、機器人潛下水後，通過掃描檢測，找到破損海底光纜的精確位置。
2、機器人將淺埋在泥中的海底光纜挖出，用電纜剪刀將其切斷。船上放下繩子，由機器人系在光纜一頭，然後將其拉出海面。同時，機器人在切斷處安置無線發射應答器。
3、用相同辦法將另一段光纜也拉出海面。和檢修電話線路一樣，船上的儀器分別接上光纜兩端，通過兩個方向的海底光纜登入站，檢測出光纜受阻斷的部位究竟在哪一端。之後，收回較長一部分有阻斷部位的海底光纜，剪下。另一段裝上浮標，暫時任其漂在海上。
4、接下來靠人工將備用海底光纜接上海底光纜的兩個斷點。連線光纜接頭，可是個"技術含量"極高的活，非一般人能夠勝任，必須是經過專門的嚴格訓練、並拿到國際有關組織的執照後的人員，才能上崗操作。
5、備用海底光纜接上後，經反覆測試，通訊正常後，就拋入海水。這時，水下機器人又要"上陣"了：對修復的海底光纜進行"沖埋"，即用高壓水槍將海底的淤泥衝出一條溝，將修復的海底光纜"安放"進去。
同時，海上大風大浪等惡劣天氣可能造成修復工作的緩慢。
