知识窗▏海底光缆的铺设与修复
海底通讯电缆是用绝缘材料包裹的导线，铺设在海底用来实现国家之间的电信传输。首批海底通讯电缆提供电报通讯，后来开始引入电话通讯和互联网通讯，而现代的光缆则使用了光纤技术，因此被称为海底光缆。
海底光缆系统作为一种高质量、低成本、大容量的传输手段日益受到人们的青睐，特别是使用EDFA作为中继器的光直接放大多中继技术，使传输容量从560Mb/s提高到5Gb/s，信号传输能力提高了7倍。
光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。即：由光纤(光传输载体)经过一定的工艺而形成的线缆。海底光缆，则是铺设在海洋底部的光缆统称。海底光缆系统分为岸上设备和水下设备两大部分。岸上设备将语音、图象、数据等通信业务打包传输。水下设备负责通信信号的处理、发送和接收。水下设备分为海底光缆、中继器和“分支单元”三部分：海底光缆是其中最重要的也是最脆弱的部分。
海底光缆设计必须保证光纤不受外力和环境影响，其基本要求是：能适应海底压力、磨损、腐蚀、生物等环境；有合适的铠装层防止渔轮拖网、船锚及鲨鱼的伤害；光缆断裂时，尽可能减少海水渗入光缆内的长度；能防止从外部渗透到光缆内的氢气与防止内部产生的氢气；具有一个低电阻的远供电回路；能承受敷设与回收时的张力；使用寿命一般要求在25年以上。
与人造卫星相比，海底光缆有很多优势：海水可防止外界光磁波的干扰，所以海缆的信噪比较高；海底光缆通信中感受不到时间延迟；海底光缆的设计寿命为持续工作25年，而人造卫星一般在10到15年内就会燃料用尽。
海底光缆根据不同的海洋环境和水深，可分为深海光缆和浅海光缆。为保证通信光纤不受外力和环境影响，海底光缆必须要经受住海底压力、磨损、腐蚀、生物等环境；按照这些特定的要求，海底光缆的基本结构是将经过一次或两次涂层处理后的光纤螺旋地绕包在中心，加强构件(用钢丝制成)的周围。并放在专制的不锈钢管中。该管外绕高强度拱形结构的钢丝。钢丝层又包上铜管，又使得光缆铺设时不发生微/宏弯。最后挤塑外护套。
海底光缆由于长期浸泡在浓度高的海水中，所以极易受到海水腐蚀。此外，氢分子会扩散到光纤的玻璃材料中，使光纤的损耗变大。因此海底光缆既要防止内部产生氢气，同时还要防止氢气从外部渗入光缆。目前，海底光缆的结构是将经过一次或两次涂层处理后的光纤螺旋地绕包在中心，加强构件(用钢丝制成)包在周围。
海底光缆的基本结构通常为：聚乙烯层、聚酯树酯或沥青层、钢绞线层、铝制防水层、聚碳酸酯层、铜管或铝管、石蜡，烷烃层、光纤束等。因此其直径通常是69毫米，每米的重量高达10公斤，设计寿命为持续工作25年。
上图为海底光缆的结构解析。图中1代表聚乙烯层，2代表聚酯树酯或沥青层，3代表钢绞线层，4代表铝制防水层，5代表聚碳酸酯层，6代表铜管或铝管，7代表石蜡，烷烃层，8代表光纤束。
深海（深度在1000米以上）光缆的结构要求更高，光纤设在螺旋形的U形槽塑料骨架中，槽内填满油膏或弹性塑料体形成纤芯。纤芯周围用高强度的钢丝绕包，在绕包过程中要把所有缝隙都用防水材料填满，再在钢丝周围绕包一层铜带并焊接搭缝，使钢丝和铜管形成一个抗压和抗拉的联合体，这个铜管还是传送远供电流的导体。在钢丝和铜管的外面还要再加一层聚乙烯护套。这样严密多层的结构是为了保护光纤、防止断裂以及防止海水的侵入，同时也是为了在敷设和回收修理时可以承受巨大的张力和压力。在有鲨鱼出没的地区，在海底光缆的外面还要加上钢带绕包两层后，再加一层聚乙烯外护套。
浅海（水深在1000米以内）海底光缆的缆心结构与深海光缆相同，但浅海光缆要有单层或双层钢丝铠装。铠装层数和钢丝外径要根据海缆路由的海底环境、水深、能否埋设、渔捞等情况而定。
海底电缆工程被世界各国公认为复杂困难的大型工程。根据不同的海洋环境和水深，海底光缆的铺设也分别采用不同的方法。
在浅海，如水深小于200米的海域缆线采用埋设，水力喷射式埋设是主要的埋设方法。具体来说，海底光缆埋设主要包括光缆路由勘查清理、光缆敷设和冲埋保护三个阶段。埋设设备的底部有几排喷水孔，平行分布于两侧，作业时，每个孔同时向海底喷射出高压水柱，将海底泥沙冲开，形成海缆沟；设备上部有一导缆孔，用来引导电缆（光缆）到海缆沟底部，由潮流将冲沟自动填平。埋设设备由施工船拖曳前进，并通过工作电缆做出各种指令。
而在深海则采用敷设方式，靠海缆自重敷设在海底表面。简单来说，海底光缆铺设就是把光缆放在海底光缆敷设船上，然后船慢慢开动的同时把光缆平铺沉入海底。
过去，常常借海流让砂自然覆盖在沟上面，以省去埋缆线的时间。而现在通常会用配备高压水泵的水下机器人冲一个沟然后放进去再埋上泥土。
光缆敷设时要通过控制敷设船的航行速度、光缆释放速度来控制光缆的入水角度以及敷设张力，避免由于弯曲半径过小或张力过大而损伤光缆。深海段敷设时，光缆敷设船释放出光缆，使用水下监视器、水下遥控车不断地进行监视和调整，控制敷设船的前进速度、方向和敷设光缆的速度，以绕开凹凸不平的地方和岩石避免损伤光缆。
以新跨太平洋的NCP海底光缆为例，首先需要一条特殊的船，架设跨洋光缆需要使用光缆船。铺设时要把一大卷光缆放在船上，目前最先进的光缆铺设船可以载重两千公里的光缆，并以两百公里/天的速度铺设。
这对船来说是一个很大的考验，因为他们必须承受更加苛刻的环境和水压。铺设光缆的原理就是将光缆的一端固定在岸上，船会慢慢向外海开动，并逐渐吧光缆沉入海底。
光缆铺设船的另一个部分是海底的挖掘机，它一开始将放在岸上，并连接光缆的固定端。它的作用有点像耕田的犁，对于光缆来说，它就是让光缆沉入海底的配重物。
挖掘机将由船拖曳前进，并完成三个工作。第一是利用高压水柱冲开海底的泥沙，并形成光缆沟；第二是通过光缆孔铺设光缆；第三是埋线，将两侧的泥沙覆盖在光缆上。
简单来说光缆铺设船就是放缆线的，而挖掘机才是真正铺设光缆的。但是跨洋光缆比较粗，柔韧性也比较差，所以船的前进速度要严格控制。另外，在地形崎岖的海底，需要机器人不断探测最佳路径，防止岩石损坏光缆。
海底光缆常常会出现故障，海缆断裂一般有两大原因：一是地震、海啸等不可抗力，比如2006年受台湾地震影响，多条国际海底通信光缆发生中断，导致国内互联网用户无法正常访问国外网站；二是人为原因，来自船舶、鲨鱼等不经意间的破坏，有时候是敌军的蓄意的破坏。海底光缆的断缆，不仅在国际通信上造成巨大影响，因此造成的损失更是无法估算。一旦光缆出现问题，在茫茫大海中，从深达几百米甚至几千米的海床上找到直径不到10厘米的海缆，就如同大海捞针。再探测到光缆的断裂点，并将之打捞上来，重新接续好放回海底，其技术难度可想而知。
修复工作的第一步是找到断点。海缆工程师可以通过电话和互联网中断情况找到断点的大概位置。岸上终点站可以发射光脉冲，正常的光纤可以一直在海中传输这些脉冲，但是如果光纤在哪里断了，脉冲就会从那一点弹回，岸上终点站这样就可以找到断点。之后就需要船只运来新的光缆进行修补，但第一步是要把断的光纤捞上来。如果光缆在水下不足2000米的深处，可以使用机器人打捞光缆，一般位于水深约3000米至4000米海域，只能使用一种抓钩，抓钩收放一次就需要耗费十数个小时。
以上是2006年台湾南部地震受损光缆修复的示意图，海底光缆故障处理会经过5个步骤，过程如下：
①机器人潜下水后，通过扫描检测，找到破损海底光缆的精确位置。
②机器人将浅埋在泥中的海底光缆挖出，用电缆剪刀将其切断。船上放下绳子，由机器人系在光缆一头，然后将其拉出海面。同时，机器人在切断处安置无线发射应答器。
③用相同办法将另一段光缆也拉出海面。和检修电话线路一样，船上的仪器分别接上光缆两端，通过两个方向的海底光缆登陆站，检测出光缆受阻断的部位究竟在哪一端。之后，收回较长一部分有阻断部位的海底光缆，剪下。另一段装上浮标，暂时任其漂在海上。
④接下来靠人工将备用海底光缆接上中美海底光缆的两个断点。连接光缆接头，可是个“技术含量”"极高的活，非一般人能够胜任，必须是经过专门的严格训练、并拿到国际有关组织的执照后的人员，才能上岗操作。像这样的“接头工”，上海电信方面目前只有三四名。
⑤备用海底光缆接上后，经反复测试，通讯正常后，就抛入海水。这时，水下机器人又要“上阵”了：对修复的海底光缆进行“冲埋”，即用高压水枪将海底的淤泥冲出一条沟，将修复的海底光缆“安放”进去。
海底光缆以其大容量、高质量、高清晰度、低价格，和安全可靠等优势，不仅完全取代了海底电缆，也逐步取代了卫星通信，成为目前国际间主要的通信手段。
目前世界上有几百处跨洋光缆，已经建成的海底光缆中Google的FASTER是目前最大规模的，它跨越了太平洋。它将提供6Tb/s的传输速度，并连接美国和日本的两个城市。目前，中国电信通过自有海缆、陆缆、购买的容量和国际卫星资源等方式覆盖全球绝大多数国家和地区。截至2014年底，中国电信国际传输容量超过9000Gbps。
海底光缆就在跨越海洋的洲际海缆领域已取代了同轴电缆，远洋洲际间不再敷设海底电缆。从上面的介绍我们也可以看出，海底光缆的铺设与修复都是一个巨大的工程，所以人们应该格外重视海底光缆的保护。