傳輸信息的橋梁——海底電纜

楊正波

當你借助網絡與大洋彼岸的朋友視頻聊天時，你可曾想過，這些信息是如何跨越萬水千山來到你的眼前的？或許你會仰望星空，為太空中的衛星點贊.可你知道嗎，真正讓我們享受便利數字生活的，不是衛星，而是深埋在大洋底部的海底電纜，下面就讓我們一起來探尋海底電纜的秘密，

什么是海底電纜

海底電纜是用絕緣材料包裹起來的導線，它們鋪設在海底，根據傳輸用途可分為海底電力電纜和海底通信電纜（如圖1）.其中海底電力電纜與陸地上埋設在地下的電力電纜作用相同，它主要應用于港灣、陸島、鉆井平臺之間的水下大功率電能傳輸，敷設（管或線一處至另一處之間的安裝方式）距離相對較短，并且造價昂貴，它被廣泛用于近海地區和多島嶼國家.

海底通信電纜主要用于長距離通信網.通常用于遠距離島嶼之間、跨海軍事設施等重要場合.1850年盎格魯一法國電報公司開始在英國和法國之間鋪設全世界第一條海底電纜，當時只能發送莫爾斯電報密碼，后來開始引入電話通信和互聯網通信，現代的海底電纜采用的是光纖材料.因此又被稱為海底光纜，圖2所示是2019年最新世界海底光纜分布圖.目前全球鋪設的海底電纜有420條，宛如一條條“血管”，總長度超過120萬千米，承載若世界95%以上的國際數據通信流量.是名副其實的互聯網數據“主動脈”.

海底電纜的通信原理？

圖3所示是海底電纜的結構示意圖.把光纖束封在鋼管里，外面用鋼絲纏繞，再用聚乙烯材料套在外面，里三層外三層.層層“鎧甲”保護，以增強抗腐蝕和抗拉能力，

那么，海底電纜是如何利用光纖傳輸信號的呢？首先，發射端把要傳輸的信號（如音頻、視頻、圖片、文字等）變成電信號.然后通過激光器加載到激光束上，光強隨電信號的頻率變化，經光纖傳輸出去，接收端檢測器再把光信號變成電信號.經過處理后恢復原信息.

光纖是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可以把光信號傳輸到幾千千米外，將幾百上千根光纖組合在一起制成光纜，可增大通信容量.那么，光信號又是怎樣在光纖中向前傳播的呢？這就利用到了全反射原理.光從一種折射率較大的物質斜射到另一種折射率較小的物質時，在兩種物質的交界面會發生折射和反射.而且折射光的角度會隨入射光的角度變化而變化.當入射光的角度達到或者超過某一角度時，折射光會消失，入射光全部被反射回來.稱為光的全反射.光信號就是在光纖內部經過一次次的全反射而傳輸到終點的.海底電纜傳輸的是光束而不是電流，既不怕雷電，也不受電磁干擾，對外界的溫度、季節變化不敏感，傳輸信號快速、穩定，是目前最主要的網絡信號傳輸方式，

海底電纜的敷設

海洋環境復雜、條件惡劣，海底電纜敷設被世界各國公認為最復雜困難的大型工程.在水深小于200 m的淺海區域，主要采用埋設法，包括勘查清理、敷設和沖埋保護三個階段，敷設前進行海底水深、地形、海洋開發活動和施工條件等勘查和障礙物清理，使電纜盡可能避開暗礁和巖石.敷設時.敷設船拖拽像耕田使用的犁一樣的挖掘機前進，如圖4所示.挖掘機的底部有幾排噴水孔.平行分布于兩側.同時向海底噴射高壓水柱.將海底泥沙沖開，形成溝槽，借助挖掘機上部的導纜孔，引導電纜到溝槽底部，潮流讓泥沙自然覆蓋溝槽填埋電纜，深海區人類活動和海洋生物稀少.采用敷設的方式，就是利用電纜自重直接敷設在海底表面，通過敷設船釋放電纜，使用水下監視器和水下遙控車不斷地進行監視和調整，繞開凹凸不平的海底和巖石，控制敷設船的前進速度、方向和敷設電纜的速度.控制電纜的入水角度及敷設張力，避免由于彎曲半徑過小或張力過大而損傷電纜.

海底電纜的修復

海底電纜的生存環境惡劣，時刻面臨各種風險的威脅，比如漁船拋錨，使用拖網捕魚，鯊魚、地震等對電纜的破壞，一旦出現問題.單是從茫茫大海中準確找到受損電纜，再從3 000 m-4 000 m深的海床上打撈起來，就不亞于海底撈針.淺海區域可以借助人工修復.深海修復則困難多多，大致可分為五步：第一步查找斷點，通常使用專業儀器定位大致的故障位置.然后借助水下機器人掃描檢測，找到破損海底電纜的精確位置;第二步打撈.利用機器人將淺埋在泥沙中的海底電纜挖出.用電纜剪刀將其剪斷，通過船上放下來的繩子拉出海面：第三步修復電纜，這個過程相當復雜.需要把頭發絲粗細的光纖一根根熔接：第四步測試包裹，修復好的電纜還需經過反復測試，以確保通信和數據傳輸正常，再進行包裹密封處理：第五步重新敷設，將修復好的電纜重新放人海底，使用水下機器人進行泥沙掩埋.

與衛星通信相比，海底電纜具有帶寬大、速度快、成本低、可靠性高、損耗低、抗電磁干擾能力強等顯著優勢，成為目前全球跨海通信的最主要方式，它是我們認識世界、走向世界的紐帶.期望它有更好的發展前景.

責任編輯 林洋