光纤电缆检测和表征

在加利福尼亚州，数千英里的光缆纵横交错，为人们提供互联网服务。但这些地下电缆还具有令人惊讶的次要功能：它们可以感知和测量。在加州理工学院的一项新研究中，科学家报告称，使用一段光缆来测量 6 级的复杂细节，精确定位四个单独凹凸不平的时间和位置，即导致断裂的断层“卡住”区域。

几年来，地球物理学教授詹忠文(PhD '14)和他的团队致力于证明，重新利用光纤电缆是一种简单的方法，可以通过用一种方法产生密集的临时仪网络来大幅扩展我们测量活动的能力。称为分布式声学传感。这项发表在 《自然》杂志上的新研究仅利用一段 100 公里长的电缆来精确了解 2021 年特定背后的复杂机制，这表明使用更多电缆将有助于加深对物理的理解，并最终更好地早期发现。告系统。

“如果我们能够获得更广泛的覆盖范围来测量活动，我们就可以彻底改变我们研究的方式并提供更多的预，”詹说。“虽然我们无法预测，但分布式声学传感将有助于更好地了解地球破裂的细节。”

南加州大约 56,500 平方英里的土地上约有 500 个仪，每个仪的成本高达 50,000 美元。另一方面，在全州使用光缆可能相当于用数百万个仪覆盖该州。

为了使用光纤电缆作为仪，激光发射器位于电缆的一端，通过构成电缆芯的又长又细的玻璃丝发射光束。玻璃有微小的缺陷，可以将一小部分光反射回光源，并在那里进行记录。通过这种方式，每个缺陷都充当沿着光缆的可跟踪路径点，该光缆通常埋在地平面以下。穿过地面的波会导致电缆轻微摆动，从而改变光往返这些路径点的传播时间。因此，沿着电缆长度的缺陷就像数千个单独的仪一样，使学家能够观察波的运动。

在这项新研究中，研究小组检查了 2021 年羚羊谷 6 级期间穿过内华达山脉东部一段光缆的光信号。该部分电缆相当于 10,000 个仪，并且能够发现 M6 由一系列四个较小的破裂组成。这些所谓的“子事件”，如小型，无法被传统的台网检测到。

通过与机械工程和地球物理学教授 Lawrence A. Hanson, Jr. Nadia Lapusta 实验室合作，该团队能够根据测量到的活动创建 M6 级的精确模型。该模型显示了四个子事件的发生时间，并确定了它们在断层区域的确切位置。

“使用光纤电缆作为一系列仪揭示了物理学的各个方面，这些方面长期以来一直被假设但难以成像，”詹说。“打个比方，想象一下你的日常后院望远镜。你可以看到木星，但你可能看不到它的卫星或任何细节。使用真正强大的望远镜，你可以看到行星和月球表面的精细细节。我们的技术就像一个强大的望远镜。”

该论文的标题是“分布式声学传感成像的粗糙体的断裂”。地球物理学博士后学者李嘉轩是该研究的第一作者。除了 Zhan、Li 和 Lapusta 之外，其他共同作者还包括研究生 Taeho Kim 和 DAS 科学家 Ettore Biondi。资金由国家科学基金会提供。

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