Forskere bruger transoceaniske fiberforbindelser til geofysisk sansning

I en ny undersøgelse, forskere viser, at de fiberoptiske kabler, der fører data på tværs af verdenshavene, også kan bruges til at fornemme geofysiske hændelser og overvåge hav- og havbundens forhold.

Selvom bøjer og kablede observatorier kan bruges til at overvåge dele af havet, de oplysninger, de giver, er begrænset til deres umiddelbare omgivelser. Den nye tilgang kunne tilbyde en måde at bruge det globale netværk af undersøiske fiberoptiske kabler til at studere ellers utilgængelige dele af havet.

"Når de er perfektioneret, denne nye teknik vil tillade geofysisk sansning i havets dybder, som stort set er uudforsket på grund af mangel på instrumentering, der fungerer i dette miljø, " sagde Zhongwen Zhan, adjunkt i geofysik ved Caltech. "Det kunne en dag bruges til at opdage jordskælv med epicentre i havet, tillader tidligere advarsler om jordskælv og tsunamier, for eksempel."

I Optica , The Optical Society's journal for high impact research, Zhan, sammen med forskere fra Google og University of L'Aquila demonstrerer, at den nye tilgang kan detektere jordskælv og havdønninger - samlinger af bølger produceret af storme. De gjorde dette ved hjælp af Curie transoceaniske fiberoptiske kabel, der forbinder Los Angeles, Californien med Valparaiso, Chile.

Går ud over at bære data

Den nye teknik gør brug af, at jordskælv, trykvariationer eller andre ændringer i miljøet af et transoceanisk kabel skaber subtile ændringer i lyset, der bevæger sig ned gennem de optiske fibre. Selvom transoceaniske fiberoptiske forbindelser er blevet brugt til at fornemme geofysiske begivenheder i Middelhavet, den fremgangsmåde, der blev brugt i tidligere demonstrationer, krævede ekstremt specialiserede lasere, der er vanskelige at opnå og bruge.

"Vi brugte standard telekommunikationsudstyr uden nogen ekstra optiske komponenter ud over dem, der allerede findes i kommercielle transceivere, sagde Zhan. der er ikke behov for en dedikeret lyskanal, fordi de data, der kræves til sensing, kan indsamles uden at forstyrre den regelmæssige drift af det optiske transmissionssystem."

De fleste transoceaniske kabler bruger sofistikerede kohærente lysmetoder til at kode data i både amplituden og fasen af ​​det transmitterede lys. For at analysere ændringer i lyset, der bevæger sig ned ad kablet, forskerne udviklede en teoretisk ramme til brug af polarisationsdata genereret af et sammenhængende transmissionssystem til sansning i det dybe hav. Metoden, de udviklede, måler små ændringer i polariseringen af ​​det transmitterede lys.

"Enhver ændring i kablets miljø vil inducere en lille, men påviselig forskel i lysets polarisering, " sagde Zhan. "Vi udviklede den teoretiske ramme, der kræves til at fortolke polarisationsdata i undersøiske kabler, som vil muliggøre yderligere kvantitativ forståelse af undersøiske geofysiske processer."

At omsætte teorien i praksis

Forskerne brugte deres nye tilgang til at opdage dybhavsjordskælv og havdønninger baseret på aflæsninger erhvervet fra Curie transoceaniske fiberoptiske kabel. Målingerne stemte godt overens med uafhængige målinger foretaget med seismometre på land.

"Stabiliteten af ​​polarisationen i Curie-ubådssystemet er så høj, at vi var i stand til at detektere differentielle ændringer i den optiske vejlængde af to lyspolariseringer på kun 1,5 mikron over hele kablets længde, "sagde Zhan." Det svarer til kun en brøkdel af bølgelængden for laserlyset, der bevæger sig ned ad kablet. "

Forskerne arbejder stadig på at forstå bedre, hvordan man bruger polarisationsdataene til at registrere forskellige ændringer i miljøet for et undersøisk optisk kabel.