In een nieuwe studie, onderzoekers tonen aan dat de glasvezelkabels die gegevens over de oceanen van de wereld vervoeren, ook kunnen worden gebruikt om geofysische gebeurtenissen te detecteren en de toestand van de oceaan en de zeebodem te bewaken.

Hoewel boeien en bekabelde observatoria kunnen worden gebruikt om delen van de oceaan in de gaten te houden, de informatie die ze geven is beperkt tot hun directe omgeving. De nieuwe aanpak zou een manier kunnen zijn om het wereldwijde netwerk van onderzeese glasvezelkabels te gebruiken om anders ontoegankelijke delen van de oceaan te bestuderen.

"Eenmaal geperfectioneerd, deze nieuwe techniek zal geofysische waarneming in de diepten van de oceaan mogelijk maken, die grotendeels onontgonnen zijn vanwege een gebrek aan instrumentatie die in deze omgeving werkt, " zei Zhongwen Zhan, assistent-professor geofysica bij Caltech. "Het zou ooit kunnen worden gebruikt om aardbevingen met epicentra in de oceaan te detecteren, het toestaan ​​van eerdere waarschuwingen voor aardbevingen en tsunami's, bijvoorbeeld."

In optiek , Het tijdschrift van de Optical Society voor onderzoek met hoge impact, Zhan, samen met onderzoekers van Google en de Universiteit van L'Aquila laten ze zien dat de nieuwe aanpak aardbevingen en deining van de oceaan kan detecteren - verzamelingen golven die door stormen worden geproduceerd. Ze deden dit met behulp van de Curie transoceanische glasvezelkabel die Los Angeles verbindt, Californië met Valparaiso, Chili.

Verder gaan dan het dragen van gegevens

De nieuwe techniek maakt gebruik van het feit dat aardbevingen, drukvariaties of andere veranderingen in de omgeving van een transoceanische kabel creëren subtiele veranderingen in het licht dat door de optische vezels gaat. Hoewel transoceanische glasvezelverbindingen zijn gebruikt om geofysische gebeurtenissen in de Middellandse Zee waar te nemen, de aanpak die in eerdere demonstraties werd gebruikt, vereiste extreem gespecialiseerde lasers die moeilijk te verkrijgen en te gebruiken zijn.

"We gebruikten standaard telecommunicatieapparatuur zonder extra optische componenten anders dan die al aanwezig zijn in commerciële transceivers, "zei Zhan. "Bovendien, er is geen speciaal lichtkanaal nodig omdat de gegevens die nodig zijn voor detectie kunnen worden verzameld zonder de normale werking van het optische transmissiesysteem te verstoren."

De meeste transoceanische kabels gebruiken geavanceerde coherente lichtmethoden om gegevens te coderen in zowel de amplitude als de fase van het doorgelaten licht. Om veranderingen in het licht dat door de kabel reist te analyseren, de onderzoekers ontwikkelden een theoretisch raamwerk voor het gebruik van de polarisatiegegevens die worden gegenereerd door een coherent transmissiesysteem voor detectie in de diepe oceaan. De door hen ontwikkelde methode meet kleine veranderingen in de polarisatie van het doorgelaten licht.

"Elke verandering in de omgeving van de kabel zal een kleine, maar waarneembaar verschil in de polarisatie van het licht, " zei Zhan. "We hebben het theoretische kader ontwikkeld dat nodig is om polarisatiegegevens in onderzeese kabels te interpreteren, die verder kwantitatief begrip van onderzeese geofysische processen mogelijk zal maken."

De theorie in de praktijk brengen

De onderzoekers gebruikten hun nieuwe aanpak om diepzee-aardbevingen en oceaangolven te detecteren op basis van metingen verkregen van de Curie transoceanische glasvezelkabel. De metingen kwamen goed overeen met onafhankelijke metingen gedaan met seismometers op het land.

"De stabiliteit van de polarisatie in het Curie-onderzeeërsysteem is zo hoog dat we differentiële veranderingen in de optische padlengte van twee lichtpolarisaties van slechts 1,5 micron over de gehele lengte van de kabel konden detecteren, "zei Zhan. "Dit komt overeen met slechts een fractie van de golflengte van het laserlicht dat door de kabel gaat."

De onderzoekers werken nog steeds aan een beter begrip van hoe de polarisatiegegevens kunnen worden gebruikt om verschillende veranderingen in de omgeving voor een onderzeese optische kabel te detecteren.