了不起的物理

13 為什麽大地震以後會斷網:海底光纜

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你一定聽說過“光纜”這個概念。什麽是光纜?顧名思義,就是通過光信號來傳遞信息的纜線。

海底光纜是用來提供跨洲互聯網連接服務的。比如,我國的青島、上海、汕頭都是海底光纜的接入點。海底光纜非常粗,但是裏麵用來傳遞信息的部分卻很細,直徑也就一毫米左右,這個用來傳遞信息的部分就是光纖。光纖不能直接扔到海裏進行信息傳輸,必須要裏三層外三層地保護起來,這是為了防止海水侵蝕、海底動物的幹擾以及保證信息傳遞的高效無誤。

海底光纜最外層是聚乙烯材料,類似於橡膠,把光纜放到海裏,要經得住海水的腐蝕,就要用聚乙烯這樣抗腐蝕的材料進行包裹。光纜內層還有金屬導線,是用來給光纜供電的。那就奇怪了,光纖不是可以直接傳遞信息嗎?為什麽還要供電?答案是這裏的電不是給光纖用的,而是給中繼器用的。

海底光纜一條就有幾千千米,它要跨越大洋,信號的強度在傳輸過程中肯定會衰減,等傳到對麵時信號早就沒了,這當中信號也容易出錯,所以要在光纜中間裝多個中繼器。信號每傳遞一段距離就要進入中繼器放大修正一下,以保證信號傳遞的強度和正確率,中繼器要工作就需要電。

一條橫跨太平洋的光纜是怎麽鋪設的呢?感覺這是個浩大的工程,但其實海底光纜的鋪設過程可以說是非常簡單粗暴,就是用作業船,在海麵上一邊行駛,一邊把光纜鋪設在海底,海底還有一台機器人自動車,它會在海底挖出兩米深的溝,把光纜放進去再埋起來。這樣可以固定海底光纜的位置,同時防止光纜被海底生物幹擾。

光纜也會出現故障,需要維護和維修,比如海底地震的時候,光纜有一定概率會被震壞。2011年日本“3·11”大地震的時候,日本附近的海底光纜就遭到過損壞,導致一定程度的斷網。海底光纜的維修和維護要用到一種儀器,叫定時域反射儀,它能確定光纜具體壞在哪兒。大部分的光纜損壞,大概率是該位置的光纖斷掉了。總的來說,光在光纜裏麵傳播,走得越遠,信號強度衰減得就越多,定時域反射儀就是向光纜裏麵發射信號,然後看回彈信號的衰減程度,信號會在斷掉的地方發生反射,根據反射信號的強度,就能推測出這個信號經過了多長距離發生的反射,把這個距離除以2就是光纖的斷點。確定斷點之後,把那一段光纜撈起來,相比拆開維修,更方便的方案是直接剪斷,換條新的接進去。