自從1970年，科學(xué)家首次開發(fā)出代替銅纜的光纜以來(lái)，僅在美國(guó)就安裝了數(shù)百萬(wàn)公里的光纖。如今，支撐電話、電視和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的光纜網(wǎng)絡(luò)層出不窮。它們通過(guò)在細(xì)線玻璃中反射光線來(lái)傳遞數(shù)據(jù)。這種“深色光纖”可以重復(fù)做成低成本的地震傳感器。

埋在加州帕薩迪納城市地下的光纜顯示，路易斯安那州巴吞魯日的南方大學(xué)和A&M學(xué)院成為玫瑰游行中的“最響”樂(lè)隊(duì)。 圖自NICK TRE. SMITH

新年伊始，美國(guó)加州理工學(xué)院地震學(xué)家詹中文加入了加利福尼亞帕薩迪納市數(shù)十萬(wàn)觀眾的行列，參與一場(chǎng)盛大的玫瑰花車游行。詹中文抱著年幼的女兒，望著行進(jìn)的樂(lè)隊(duì)和花車經(jīng)過(guò)。彼時(shí)，兩根比頭發(fā)還細(xì)的光纖深埋地下，正在記錄整個(gè)游行的震動(dòng)過(guò)程。

2019年11月，帕薩迪納市政府準(zhǔn)予詹中文團(tuán)隊(duì)使用兩條“深色光纖”，每條光纖長(zhǎng)約37公里。研究人員連接了近紅外光激光器的一端。研究發(fā)現(xiàn)，大部分的光都沿著光纖向下傳播，但是一小部分被玻璃中的缺陷反射。研究人員測(cè)量了反向散射光到達(dá)儀器的時(shí)間。“你會(huì)聽到這些缺陷的回聲。”詹中文說(shuō)。

通過(guò)隨著時(shí)間的推移重復(fù)進(jìn)行這些測(cè)量，并尋找回聲時(shí)序的變化，研究人員可以推斷出將纖維的單個(gè)米長(zhǎng)部分拉伸了幾十億分之一米的振動(dòng)時(shí)間。“突然之間，你就擁有了成千上萬(wàn)個(gè)傳感器。你所需要做的就是獲得連接一臺(tái)儀器的許可。”詹中文說(shuō)。這種技術(shù)被稱為分布式聲波傳感，最初是20世紀(jì)80年代美國(guó)軍方為探測(cè)潛艇開發(fā)而成，現(xiàn)在它被擴(kuò)展到研究任何與振動(dòng)有關(guān)的事物。

一個(gè)明顯的案例是用于地震監(jiān)測(cè)，但分布式聲波傳感也可以用于研究水穿越冰川和水坑的流淌過(guò)程。萊斯大學(xué)地球物理學(xué)家Jonathan Ajo-Franklin就使用分布式聲波傳感技術(shù)來(lái)跟蹤阿拉斯加州費(fèi)爾班克斯附近的永久凍土融化。

詹中文和同事決定利用玫瑰游行來(lái)測(cè)試帕薩迪納市的網(wǎng)絡(luò)。他們記錄了行進(jìn)樂(lè)隊(duì)和彩車經(jīng)過(guò)時(shí)的地震信號(hào)。不久前，研究小組在《地震學(xué)研究快報(bào)》上報(bào)告說(shuō)，“最響”的游行隊(duì)伍來(lái)自路易斯安那州巴吞魯日的南方大學(xué)和A&M學(xué)院。

詹中文和其他研究人員設(shè)想，未來(lái)分布式聲音傳感或?qū)o(wú)處不在。它不僅可以用來(lái)監(jiān)測(cè)地震，還可以用來(lái)記錄交通模式，揭示地下管道的緩慢泄漏，以及確定外來(lái)侵入者。“你可以把它放在柵欄周圍，如果有人試圖鉆到柵欄下面，你可以檢測(cè)到震動(dòng)。” Ajo-Franklin說(shuō)。

這樣的愿景在不久的將來(lái)就會(huì)實(shí)現(xiàn)，目前像洛杉磯這樣的大城市已經(jīng)擁有數(shù)萬(wàn)公里的光纖。“如果我們能把其中的百分之幾轉(zhuǎn)換成地震傳感器，那就是百萬(wàn)個(gè)傳感器。”詹中文說(shuō)。