杨正波

当你借助网络与大洋彼岸的朋友视频聊天时，你可曾想过，这些信息是如何跨越万水千山来到你的眼前的？或许你会仰望星空，为太空中的卫星点赞.可你知道吗，真正让我们享受便利数字生活的，不是卫星，而是深埋在大洋底部的海底电缆，下面就让我们一起来探寻海底电缆的秘密，

什么是海底电缆

海底电缆是用绝缘材料包裹起来的导线，它们铺设在海底，根据传输用途可分为海底电力电缆和海底通信电缆（如图1）.其中海底电力电缆与陆地上埋设在地下的电力电缆作用相同，它主要应用于港湾、陆岛、钻井平台之间的水下大功率电能传输，敷设（管或线一处至另一处之间的安装方式）距离相对较短，并且造价昂贵，它被广泛用于近海地区和多岛屿国家.

海底通信电缆主要用于长距离通信网.通常用于远距离岛屿之间、跨海军事设施等重要场合.1850年盎格鲁一法国电报公司开始在英国和法国之间铺设全世界第一条海底电缆，当时只能发送莫尔斯电报密码，后来开始引入电话通信和互联网通信，现代的海底电缆采用的是光纤材料.因此又被称为海底光缆，图2所示是2019年最新世界海底光缆分布图.目前全球铺设的海底电缆有420条，宛如一条条“血管”，总长度超过120万千米，承载若世界95%以上的国际数据通信流量.是名副其实的互联网数据“主动脉”.

海底电缆的通信原理？

图3所示是海底电缆的结构示意图.把光纤束封在钢管里，外面用钢丝缠绕，再用聚乙烯材料套在外面，里三层外三层.层层“铠甲”保护，以增强抗腐蚀和抗拉能力，

那么，海底电缆是如何利用光纤传输信号的呢？首先，发射端把要传输的信号（如音频、视频、图片、文字等）变成电信号.然后通过激光器加载到激光束上，光强随电信号的频率变化，经光纤传输出去，接收端检测器再把光信号变成电信号.经过处理后恢复原信息.

光纤是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可以把光信号传输到几千千米外，将几百上千根光纤组合在一起制成光缆，可增大通信容量.那么，光信号又是怎样在光纤中向前传播的呢？这就利用到了全反射原理.光从一种折射率较大的物质斜射到另一种折射率较小的物质时，在两种物质的交界面会发生折射和反射.而且折射光的角度会随入射光的角度变化而变化.当入射光的角度达到或者超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来.称为光的全反射.光信号就是在光纤内部经过一次次的全反射而传输到终点的.海底电缆传输的是光束而不是电流，既不怕雷电，也不受电磁干扰，对外界的温度、季节变化不敏感，传输信号快速、稳定，是目前最主要的网络信号传输方式，

海底电缆的敷设

海洋环境复杂、条件恶劣，海底电缆敷设被世界各国公认为最复杂困难的大型工程.在水深小于200 m的浅海区域，主要采用埋设法，包括勘查清理、敷设和冲埋保护三个阶段，敷设前进行海底水深、地形、海洋開发活动和施工条件等勘查和障碍物清理，使电缆尽可能避开暗礁和岩石.敷设时.敷设船拖拽像耕田使用的犁一样的挖掘机前进，如图4所示.挖掘机的底部有几排喷水孔.平行分布于两侧.同时向海底喷射高压水柱.将海底泥沙冲开，形成沟槽，借助挖掘机上部的导缆孔，引导电缆到沟槽底部，潮流让泥沙自然覆盖沟槽填埋电缆，深海区人类活动和海洋生物稀少.采用敷设的方式，就是利用电缆自重直接敷设在海底表面，通过敷设船释放电缆，使用水下监视器和水下遥控车不断地进行监视和调整，绕开凹凸不平的海底和岩石，控制敷设船的前进速度、方向和敷设电缆的速度.控制电缆的入水角度及敷设张力，避免由于弯曲半径过小或张力过大而损伤电缆.

海底电缆的修复

海底电缆的生存环境恶劣，时刻面临各种风险的威胁，比如渔船抛锚，使用拖网捕鱼，鲨鱼、地震等对电缆的破坏，一旦出现问题.单是从茫茫大海中准确找到受损电缆，再从3 000 m-4 000 m深的海床上打捞起来，就不亚于海底捞针.浅海区域可以借助人工修复.深海修复则困难多多，大致可分为五步：第一步查找断点，通常使用专业仪器定位大致的故障位置.然后借助水下机器人扫描检测，找到破损海底电缆的精确位置;第二步打捞.利用机器人将浅埋在泥沙中的海底电缆挖出.用电缆剪刀将其剪断，通过船上放下来的绳子拉出海面：第三步修复电缆，这个过程相当复杂.需要把头发丝粗细的光纤一根根熔接：第四步测试包裹，修复好的电缆还需经过反复测试，以确保通信和数据传输正常，再进行包裹密封处理：第五步重新敷设，将修复好的电缆重新放人海底，使用水下机器人进行泥沙掩埋.

与卫星通信相比，海底电缆具有带宽大、速度快、成本低、可靠性高、损耗低、抗电磁干扰能力强等显著优势，成为目前全球跨海通信的最主要方式，它是我们认识世界、走向世界的纽带.期望它有更好的发展前景.

责任编辑 林洋