一个研究小组设计并测试了一种基于先进光学物理原理的方案,该方案使用有源海底光纤数据线来感知海底地震和洋面膨胀。
感知诸如温度、压力、力和速度等物理参数通常会带来“分裂人格”分析。一方面,读取要感知的基本变量似乎简单而直接;毕竟,精确地测量温度并不是什么大事。另一方面,当涉及到在特定应用程序场景中进行感知和测量的实际情况时,这往往是一个更困难的问题。要考虑物理访问、操作环境、邻近性、灵敏度、准确性、各种类型的环境噪声、在具有挑战性的环境下对所获取数据的目标读取、报告(传输)的干扰,等等。这就是为什么有这么多不同类型的传感器和针对特定物理现象的创新想法。
不过,有时可以起诉现有的现成安排,并利用它来获取相关数据。加州理工学院(Caltech)地球物理学助理教授詹忠文(音译)领导的一个项目就是这种情况,该项目解决的问题是探测海底地震的位置和震级。这是一个传感上的挑战,原因很明显,人们正在探索多种技术来解决这个问题,例如激光干涉测量法和分布式声学传感方法,这些方法可以将现有的海底(海底)跨洋光纤电信电缆转换为几公里长的地震传感器。然而,这些方法在实用性上受到了限制,因为它们需要特殊的附加激光器和光学探测设备,以及专用的“暗光纤”(已经安装但未使用的光纤)。
使用光纤作为传感元件是使用这些超纯光导管用于传感而不是通信的扩展趋势的一部分。例如,光纤被用于超精密的应变传感器和引伸计,通过注入激光束,然后感知不连续、反射、偏振偏移,甚至当它们的尺寸发生哪怕几纳米的变化时光谐振的变化。
类似地,像铌酸锂这样的晶体光学材料正在用复杂的方法蚀刻和薄膜涂覆,以创建类似mems的光电传感器,用于气体和液体化学品,甚至生物液体。将电子学、光学、固态材料、激光和建立已久的光学原理与制造和集成光电集成“电路”的能力相结合,是一种真正的协同作用。虽然许多先进的传感器和系统还处于实验阶段,但有些已经用于监测桥梁和其他难以到达或“分布式”的传感情况。
加州理工学院的项目(由戈登和贝蒂·摩尔基金会资助)使用了谷歌的“居里”电缆,这条电缆沿着太平洋东部边缘,从洛杉矶到智利的瓦尔帕莱索,在海底铺设了1万多公里(图1).沿电缆路径的水深大多在3000到5000米之间。
詹教授和他的团队已经开发并测试了一种技术,该技术可以分析已经通过现有的、有效的海底电缆传输的光线,以探测海底地震和洋面波。他们的方法不需要任何额外的设备,也不影响光纤的主要数据传输作用。它利用了光纤的双折射或“双折射”,这意味着材料的折射率取决于光的偏振和传播方向——在一些晶体中可以看到这种现象(图2),但这(并不令人惊讶)有一个复杂的基础光学物理学解释(图3).
与一些“重新利用”和改造过时或废弃装置或与主动系统分时共享的项目不同,这个项目全天候共存,但不干扰电缆的主要使用,而是从现有的基础设施和测试/测量设备中提取额外的信息。
海底有数百条或长或短的光纤电缆,总长度超过100万公里,因此利用它们进行传感的能力带来了巨大的机会。本文的下一部分将更详细地讨论该项目的概念和结果。
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外部引用
- 湛等,科学,“基于光偏振的跨洋电缆地震和水波传感”
- 詹等人,科学,“补充材料”
- 普渡大学物理系。”波与振荡:光的偏振”
- 西北大学。”光的斯托克斯参数的测量”
- 科学指导,“斯托克斯参数”
- 尼康显微镜。”双折射原理”
- 奥林巴斯生命科学。”光学双折射”
了下:传感器提示