海底通信光纤光缆特点简介

一、光纤选型

光纤按光在其中的传输模式可分为单模和多模。多模光纤（Multi Mode Fiber）:芯较粗（50μm 或62. 5μm），可传多种模式的光，但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几千米。多模光纤的纤芯直径为50 μm 或62.5μm，包层外径125μm，表示为50μm/125μm或62.5μm/125μm。单模光纤（Single Mode Fiber）:中心纤芯很细（芯径一般为9μm或10μm），只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。单模光纤的纤芯直径为8.3μm，包层外径125μm，表示为8.3μm/ 125μm。

单模光纤的远程通讯性能符合海底电缆大长度的要求，在1310 nm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1310 nm正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1310 nm 波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。国际电信联盟ITU-T 又称1310 nm 常规单模光纤为G652 光纤。在G652系列光纤中， G652B型光纤因采用增大传输光功率和波分复用、密集波分复用技术可以取得更大的中继距离和通信容量，使G652B光纤的工作波长还可延伸到1600nm区。目前我公司生产挂网运行试用的6.9公里220kV光纤复合海底电缆光纤单元采用符合ITU-T规定要求的G652B类光纤。

二、光纤单元结构设计

光纤单元结构图如图1所示。

图1 光纤单元结构图

1-单模光纤 2-阻水纤膏 3-不锈钢管 4-HDPE护套

1、光纤芯数与余长

考虑光纤单元传输性能要求，根据不锈钢套管外径大小设计光纤芯数为12芯。光纤的余长与复合缆的抗拉特性和温度特性关系密切。光纤余长的设计原则是使得拉力和温度变化不会对光纤产生应力。在光纤余长的规定范围内，拉力和温度变化不会造成光纤的附加损耗。当光纤达到规定的余长幅度时，光纤将接触到不锈钢管的内壁；当光单元再受到进一步的拉伸或收缩，则会对光纤产生应力，使光纤的损耗开始增加。因此制造时，光单元中光纤的余长应严格控制在设计要求范围内，本次设计光纤余长为3‰ ～5‰。

2、阻水纤膏填充

光纤对水和潮气产生的OH- 极为敏感，水分与钢管金属材料之间的化学反应所产生的氢会引起光纤的氢损，导致光纤的传输损耗增大，严重影响复合缆中光单元的使用质量和使用寿命。为了防止水和潮气渗入到不锈钢管内，不锈钢管内填充的纤膏必须具有良好的防潮阻水性，同时还需具备一定的温度稳定性，避免纤膏在低温下对光纤产生径向应力，引起光纤微弯，增加低温附加损耗。

3、无缝不锈钢套管和HDPE护套

海底电缆通常都具有较强保护的铠装层，光纤单元采用不锈钢套管加HDPE护套的结构。该结构与最初设计的单层、双层铠装型光纤单元相比具有结构简单、外径小、再加工方便的特点，不锈钢管与光纤温度特性相近，具有优良的耐环境特性。

三、光纤单元复合位置的选择

光纤单元复合位置的选择与过去的多芯光电复合海底电缆有所不同，在多芯电缆中把光纤单元放置在电力电缆缆芯空隙即可，但是，此次设计220kV复合海底电缆为单芯结构，这给光纤单元的安置增加了难度。图2为本次设计220kV光纤复合海底电缆结构图。

图2 220kV光纤复合海底电缆结构图

1-铜导体+阻水带 2-半导电阻水带+半导电内屏蔽 3-XLPE绝缘

4-外屏蔽 5-半导电阻水 6-合金铅套 7-半导电PE护套 8-PP绳+沥青

9-PE填充条垫层 10-缓冲带 11-镀锌低碳钢丝 12-PP绳+沥青+无纺布

13-高强度金属丝 14-光纤单元 15-高强度金属丝

我们把光单位安置于如图2所示的位置，并在光单元两侧各放置一根高强度金属丝，以承担压力或拉力等应力，保护光纤单元。因此，光纤单元采用不锈钢管加HDPE护套的无铠装结构。

本设计的特点是将光纤单元放置在垫层中（见图2），确保光纤单元在生产和敷设时能顺利实施，在光纤单元两侧增加了两根金属丝作为受力元件，承担外界的应力。当海缆受到外力挤压时，光纤单元将受到金属丝的保护而不会被压扁；光纤单元绞合结构及缓冲的内垫层均保证了海缆弯曲情况下，光纤单元会有一定的位移，从而保证了光纤的良好传输性能。另外，光/电复合于同一根海缆中，大大节省了制造和敷设费用，实现既能用于传输电力，又可用于传输通信信号以及系统监控，用途广泛。

四、结束语

目前，高电压等级的光电复合海底电缆在国内尚为空白，大长度的海底复合缆由于传输距离长、施工情况复杂、日常维护困难等原因，对于光纤单元的选型与设计的要求特别高，必须进行严格选型和技术把关。

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