光单元的设计的分析介绍，

跟通信光缆一样，海底光缆的光纤保护措施也经历过几个阶段，特别是光单元的变化，折射出了技术和认知的进步。由于海底聚合物的降解，微生物的生长，以及海水作为一种良好电解质，海缆中的金属在海水的电化学作用下会产生氢气。氢气在高压、密闭环境下很容易透过非金属材料，对光纤产生氢损。这是因为非金属材料分子之间的间隙远不能阻挡氢原子的入侵，而金属原子之间密度足够高，氢原子无法通过金属原子致密的“城墙”，所以海缆中的光单元必须采用金属管进行保护。即使采用塑料管作为二次被覆管，最终都应该在光单元或缆芯外面包覆金属管，以抵抗外来氢的入侵。根据金属加工的难易程度，可选择的有铜管、铝管、钢管和铅管密封等。目前性价比最高的为非不锈钢管光单元。松套管结构的光纤油膏，也必须采用非析氢油膏。

因为光缆布放于海底，水密性能是其重要的性能之一。海底光缆要受到与敷设深度相关的海水压力作用，即径向水密性能。水深每增加10m就增加1个大气压的压力，如敷设在1000m以内的光缆，最高将需承受100个大气压的压力，即径向需要承受10MPa的压强。如3000～4000m的深海，将达到300～400个大气压的压力。所以不仅仅是要求海缆具有良好的纵向阻水能力，还要求具备良好的径向水密性能。如光单元保护材料的刚性不足或结构不合理，产生的巨大水压将直接压扁光缆的松套光单元。有时，为保证光单元有最佳的抗径向水压能力，一般要求将光单元置于光缆的中心。

7.1.2.1　不锈钢管光单元

现在通用的不锈钢管光单元的优异性能，在本书第5章OPGW部分进行了介绍，其作为光纤松套管使用，是目前各方面性能最优秀的一种结构，也是激光焊接、不锈钢管成型、拉拔和光纤工艺完美结合的产物。在海缆系统中，首先，不锈钢管光单元作为抗压件，如果设计成中心管式，结构简单、制造容易，当光缆受到拉、压、弯、冲击等机械外力时，因光纤松套管位于中心的零应变线上，会受到极好的保护，其与铠装钢丝一起抵御海底巨大的径向水压；其次，可以阻止海洋环境中产生的氢气或氢离子进入套管后对光纤的损伤；第三，套管中的光纤芯数可以做到很大，目前国内的装备通常可以实现单管48芯光纤，如增加放线架数量，可以做到96芯，想继续增加光纤芯数，也可以采用多根不锈钢管的层绞式绞合结构。所以光纤不锈钢管以其优异的机械性能、极高的性价比被海底光缆大量使用，如图7.1.1所示为不锈钢管光（SST）单元。

图7.1.1　不锈钢管（SST）光单元

在脐带缆中可以采用不锈钢微管的光单元结构，单管一芯或两芯，以替代传统的紧套光纤单元。这样的单芯松套不锈钢管直径可以做到与紧套光纤一样的尺寸（φ0.9mm），如图7.1.2（a）所示，甚至还可以做到更小，以方便直接加工成快速连接头；二芯可以做到直径φ1.2mm结构，如图7.1.2（b）所示。这样的光单元微管结构非常有利于将光单元置于电力线缆芯的缝隙之中。

图7.1.2　不锈钢微管光单元

7.1.2.2　铜管光单元

铜比较容易焊接和加工成型，并且还具有一定的强度、硬度，最重要的是拥有良好的导电性能，所以铜也是海底光缆中常见的材料之一。

铜管光单元有两类。

一类是光纤芯数不大时，直接作为套管，里面放置光纤，并填充油膏；芯数大时，可以采用松套层绞式缆芯包覆铜管的结构，如图7.1.3所示。铜管的生产、制作原理与不锈钢管一样，通过铜带的切边、焊接、拉拔成型。焊接方法有氩弧焊和激光焊两种。但由于氩弧焊钨针电极的使用寿命很短，在生产过程中需要多次停机更换，光单元的生产长度非常有限，所以现在一般使用激光焊。铜管不仅可以用作光单元保护管，还可以做中继供电用导体。

图7.1.3　铜管结构光单元(www.xing528.com)

另一类是作为钢管的外保护管。不锈钢管光单元所使用的钢带毕竟较薄，一般不超过0.20mm厚，一旦光缆外被层遭破坏，海水浸入缆芯后将很快腐蚀掉钢管。特别是在生产大长度光单元过程中，如出现不可预知的生产要素缺陷，产生虚焊、漏焊等事件，未及时发现而继续使用该光单元，将可能影响光缆的寿命，并造成巨大的损失。因此在不锈钢管外再增加一层金属保护管，是比较稳妥的一种办法，相比较于整个海缆成本和施工维护费用，增加的外保护管成本几乎可以忽略。

在不锈钢管外增加的金属保护管材料常用的有铜、铝、铅等。因铜具有良好的导电性，在中继系统中，其可作为中继供电和故障探测用导体。铜管通过氩弧焊或激光焊方式纵包焊接，根据结构设计，可以直接在不锈钢管外直接纵包焊接，如图7.1.4（a）所示；可以在绕包钢丝后的不锈钢管外焊接铜管，如图7.1.4（b）所示，这时铜管除导体性能外，另起到束紧钢丝的作用；还可以在不锈钢管外挤包内垫层之后再焊接铜管，如图7.1.5。结构可以说千变万化，但都是围绕不锈钢管进行设计，并在最经济、合理的前提下，保证光单元安全、可靠，满足所需要的性能要求。

图7.1.4　简易的铜管光单元

7.1.2.3　其他保护材料的光单元

图7.1.5　不锈钢管加绝缘层后包铜管光单元

在上文介绍过，除了铜保护不锈钢管外，还有铝、铅等材质的不锈钢管。

铝管因为容易通过挤压加工成型，而且铝熔融温度不高，可以直接挤包在不锈钢管光单元外，也可以像OPGW光单元一样，挤包在PBT松套管组成的光单元外。还可以类似如图7.1.4（b）所示，在钢丝外挤包，起束紧和密封作用。但铝很容易和海水发生电化学反应产生氢气导致光纤氢损，也容易被海水中的微生物腐蚀。为避免不必要的风险，铝管在海缆中已逐渐被淘汰了。

铅因为比重大，熔点低（327℃），容易成型，化学性能相对稳定，也曾大量被用于光电缆的铠装保护层，特别是海缆。但铅属重金属，对海洋环境会造成极大的污染，所以现今国内外已经很少使用铅作为光缆的保护管了。

图7.1.6　三分裂钢管光单元

还有一种三分裂的钢管光单元结构（图7.1.6）。光纤围绕在铜包钢丝周围，并被UV固化树脂包裹，形成光单元，树脂用来防止海水的浸入。光单元与三分裂厚壁钢管之间继续填充油膏以防水。该结构的光单元是不密封的，需要在钢管外绞合镀锌钢丝后焊接铜带，并经冷压形成铜管。该结构的三分裂钢管具有“差动”特性，可改善厚壁管的弯曲性能，随着水压增高，接缝会越来越小，它的优势是具有良好的抗径向压力。但该光单元没有光纤余长，制造难度大，成本高，没有更多的优点，所以很少使用。

如同OPGW的发展过程，过去的几十年，国际上还使用过紧套光纤结构和骨架结构，但技术的进步使得这些产品和结构逐步退出了历史的舞台，就连日本的几大光缆公司也合资成立了以生产不锈钢管光单元为主的海缆公司（OCC），可见不锈钢管为光单元的海缆优势是得到市场认可的。

综合以上各种材料和结构的优劣，对无中继光放大器的海缆来说，中心不锈钢管式结构应该是目前性价比最高，性能最为稳定，工艺最为成熟的一种产品。而需要中继光放大器，也就是需要远供或电监测的海缆来说，铜管是比较合理的一种结构。这两种结构并没有本质上的差异，只是材料的不同，性能要求不一样，所以本书主要以不锈钢管为基础进行分析和讨论。