海底光纜用于大陸與島嶼間、島嶼與島嶼間、沿海城市間和跨洋國際間海底光纜通信系統(tǒng)中,起到光信號傳輸?shù)淖饔茫谥欣^海底光纜通信系統(tǒng)中還有中繼供電的作用。本書針對海底光纜的設(shè)計、工藝制造與測試等方面的基本知識進行了介紹!逗5坠饫|:設(shè)計、制造與測試》共分8章,包括光纖及海底光纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝制造,海底光纜附件的結(jié)構(gòu)與設(shè)計,海底光纜工廠測試與試驗方法等。此外,還涉及了海底光纜的主要原材料和相關(guān)標準等內(nèi)容。《海底光纜:設(shè)計、制造與測試》主要供從事海底光纜研究、制造、施工、維護和管理的人員使用,也可供海纜工程專業(yè)的科研教學人員參考。
前言
海底光纜通信系統(tǒng)是國際通信、 洲際通信的重要基礎(chǔ)設(shè)施, 具有超遠距離傳輸、 大容量、 高可靠等特點, 是實現(xiàn)全球互聯(lián)的重要通信手段。 1988 年, 世界上第一條跨洋海底光纜建成, 經(jīng)過 30 多年的發(fā)展, 已在全球語音和數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)中占據(jù)了主導(dǎo)地位, 基本上沒有其他的技術(shù)能與之媲美。 目前, 海底光纜已跨越全球六大洲, 總長度超過 100 萬千米, 構(gòu)成了一張不間斷的巨型網(wǎng)絡(luò), 承擔著國際通信 90% 以上的業(yè)務(wù)量, 在世界經(jīng)濟發(fā)展、 文化交流和社會進步的進程中正發(fā)揮重要的作用。
《海底光纜:設(shè)計、制造與測試》是 海纜工程技術(shù)叢書 的一個分冊, 系統(tǒng)地介紹了海底光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計、 制造工藝與測試、 主要原材料及海纜附件等方面的基本知識。 讀者通過《海底光纜:設(shè)計、制造與測試》能夠了解海纜工程建設(shè)的一般要求。 本書可作為海纜工程各技術(shù)領(lǐng)域的工具書和教材, 可供海纜通信專業(yè)的工程設(shè)計、 施工、 維護和管理的人員使用, 也可供海纜工程專業(yè)的科研教學人員參考。
《海底光纜:設(shè)計、制造與測試》共 8 章。 第 1 章為概論, 簡要介紹海底通信線纜發(fā)展歷程, 海底通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成, 重點介紹海底光纜通信的特點。 第 2 章介紹光纖的結(jié)構(gòu)、 分類、傳輸原理及制造方法等, 重點介紹光纖的特性及海纜用光纖的發(fā)展與特點。 第 3章首先介紹海底光纜的要求和類型, 包括系列鎧裝光纜的結(jié)構(gòu)和適用環(huán)境, 重點介紹海底光纜的結(jié)構(gòu)、 設(shè)計要素和計算方法, 最后給出一些國外著名海纜公司的
典型結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標。 第 4 章闡述海底光纜制造工藝, 包括光纖著色、 金屬管焊接、 絕緣層擠制及外鎧裝絞制等, 此外還簡單介紹海底光纜的貯存及運輸?shù)囊蠛头椒ā?第 5 章介紹海底光纜附件的結(jié)構(gòu)與設(shè)計, 主要包括海纜接頭盒、 海纜分支器、 海底中繼器及海纜柔性接頭等。 第 6 章闡述海底光纜工廠測試項目和試驗方法及試驗步驟, 包括光學性能、 力學性能、 電氣性能、 物理性能及環(huán)境性能等。 第 7 章介紹海纜用主要原材料的特性、 要求, 并給出相關(guān)技術(shù)指標。 第 8 章介紹海底光纜的相關(guān)標準, 包括國際標準與國內(nèi)標準以及二者之間的異同。
《海底光纜:設(shè)計、制造與測試》編寫人員來自中國電子科技集團第八研究所和中國人民解放軍海軍工程大學, 他們都是長期從事光通信科研、 工程和教學的技術(shù)骨干。
由于編者水平有限, 難免有不妥或錯誤之處, 懇請讀者批評指正。
編 者
序言
在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天, 海量數(shù)據(jù)的傳輸需求迅猛增長, 海底光纜扮演著不可或缺的角色。 如今, 全球已建成數(shù)百條海底光纜通信系統(tǒng), 總長度超過 100 萬 km, 已經(jīng)把除南極洲外的所有大洲以及大多數(shù)有人居住的島嶼緊密地聯(lián)系在一起, 構(gòu)成了一個極其龐大的具有相當先進性的全球通信網(wǎng)絡(luò), 承擔著全世界超過 90% 的國際通信業(yè)務(wù)。 因此, 海底光纜已成為全球信息通信產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的主要載體, 是光傳輸技術(shù)中的尖端領(lǐng)域, 更是各大通信巨頭爭相搶奪的制高點。而海底光纜通信是集海洋工程、 海洋調(diào)查、 船舶工程、 航海技術(shù)、 機械工程、 通信工程、 電力電子以及高端裝備制造等于一體的多專業(yè)、 多領(lǐng)域交叉的學科, 因此海纜工程被世界各國公認為是世界上最復(fù)雜的大型技術(shù)工程之一。本叢書是一套完整覆蓋海纜工程各技術(shù)領(lǐng)域的工具書。 中國人民解放軍海纜通信技術(shù)研究中心在積累了 20 余年軍地海纜建設(shè)工程實踐經(jīng)驗、 并結(jié)合多年承擔全軍海纜工程技術(shù)培訓任務(wù)的基礎(chǔ)上, 組織國內(nèi)海纜行業(yè)各相關(guān)領(lǐng)域領(lǐng)先的技術(shù)團隊編寫了 海纜工程技術(shù)叢書。 本套叢書包括 《海底光纜工程》 《海底光纜設(shè)計、 制造與測試》 《海底光纜通信系統(tǒng)》 《海纜工程建設(shè)管理程序與實務(wù)》 《海纜路由勘察技術(shù)》 《海纜探測技術(shù)》 六本書, 覆蓋海纜工程從項目論證到桌面研究, 從路由勘察到工程設(shè)計, 再到海纜線路和相關(guān)設(shè)備制造、 傳輸系統(tǒng)和關(guān)鍵設(shè)備集成, 乃至工程實施及運行維護等各方面, 以供海纜專業(yè)的工程設(shè)計、 施工、 維護和管理人員使用, 也可供海纜工程專業(yè)的科研教學人員參考。當前, 我國海洋事業(yè)已進入歷史上前所未有的快速發(fā)展階段, 本套叢書的編著和出版, 對我國海纜事業(yè)的長遠規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義, 對推進我國海洋信息化建設(shè)、 助力國家 一帶一路 倡議的實施也將產(chǎn)生積極促進作用。我國已邁出從海洋大國向海洋強國轉(zhuǎn)變的穩(wěn)健步伐, 愿各位海纜人堅定信念、 不忘初心, 勇立潮頭、 繼續(xù)奮進, 為早日實現(xiàn)中國夢、 海洋夢、 強國夢貢獻更大力量!
叢書序
前言
第 1 章 概論 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1
1 1 海底光纜通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 1
1 2 海底光纜通信的特點 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 4
1 2 1 海底光纜通信的優(yōu)點 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 4
1 2 2 海底光纜通信的缺點 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 6
1 2 3 海底光纜通信系統(tǒng)的特點 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 6
1 3 海底光電復(fù)合纜 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 7
參考文獻 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 8
第 2 章 光纖 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 10
2 1 光纖結(jié)構(gòu) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 10
2 2 光纖分類 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 11
2 2 1 多模光纖 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 12
2 2 2 單模光纖 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 14
2 3 光纖的光傳輸原理 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 17
2 3 1 幾何光學傳輸理論 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 17
2 3 2 波動理論分析 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 21
2 4 光纖的特性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 23
2 4 1 光纖傳輸特性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 23
2 4 2 機械可靠性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 34
2 4 3 光纖的溫度特性 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 38
2 5 光纖的制造方法 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 39
2 5 1 光纖預(yù)制棒 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 39
2 5 2 光纖拉絲 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 43
2 5 3 光纖制造過程中影響光纖強度的主要因素 !!!!!!!!!!!!!!! 47
2 6 海底光纜用光纖 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 48
參考文獻 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 52Ⅷ
第 3 章 海底光纜設(shè)計 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 54
3 1 海底光纜要求 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 54
3 2 海底光纜類型 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 55
3 2 1 中繼海底光纜和無中繼海底光纜 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 55
3 2 2 淺海光纜和深海光纜 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 56
3 2 3 系列鎧裝海纜 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 57
3 3 海底光纜結(jié)構(gòu)及設(shè)計要素 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 59
3 3 1 光纖單元 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 59
3 3 2 金屬抗壓管 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 63
3 3 3 護套層 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 63
3 3 4 鎧裝層 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 65
3 3 5 外被層 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 67
3 4 性能設(shè)計 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 67
3 4 1 力學性能設(shè)計 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 67
3 4 2 耐水壓設(shè)計 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 76
3 4 3 電氣性能設(shè)計 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 78
3 4 4 溫度性能設(shè)計 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 80
3 4 5 可靠性設(shè)計 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 81
3 5 設(shè)計流程 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 87
3 6 設(shè)計實例 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 89
3 7 國外海底光纜典型設(shè)計結(jié)構(gòu) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 90
參考文獻 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 94
第 4 章 海底光纜制造工藝 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 96
4 1 光纖著色 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 96
4 1 1 色譜 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 96
4 1 2 著色設(shè)備 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 97
4 1 3 光纖著色原理及工藝 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 99
4 2 金屬管焊接 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 101
4 2 1 不銹鋼管激光焊接 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 101
4 2 2 銅管氬弧焊接 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 105
4 3 絕緣層擠制 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 108
4 3 1 擠制設(shè)備 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 108
4 3 2 擠制原理 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 110
4 3 3 擠塑模具 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 112
4 3 4 影響塑料擠出質(zhì)量的因素 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 114
4 4 鎧裝及外被層 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 116
4 5 貯存及運輸 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 118
4 5 1 貯存 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 118Ⅸ
4 5 2 運輸 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 121
參考文獻 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 122
第 5 章 海底光纜附件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 123
5 1 附件通用設(shè)計 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 123
5 1 1 附件材料選擇 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 123
5 1 2 附件強度設(shè)計 !!!!!!!!