섬유

Aug 17, 2023

광섬유 케이블은 고속 인터넷 및 통신 서비스에 대한 증가하는 수요를 충족시키는 광대한 지하 신경계를 구성합니다. 그러나 케이블의 신호는 때때로 머리 위로 운전하는 자동차, 인근 공사 또는 지진으로 인해 진동을 겪을 수 있습니다. 연구원들은 이전에 이러한 섭동을 활용하여 수천 킬로미터에 달하는 지하 케이블을 민감한 지진 배열로 변환할 것을 제안했습니다.

캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 연구원들은 새로운 연구에서 광섬유 케이블이 지진을 감지할 뿐만 아니라 지진 현상의 뉘앙스와 복잡성도 측정할 수 있음을 보여주었습니다. 한 사례에서 연구원들은 100km 길이의 케이블을 사용하여 진도 6 지진을 일으킨 4개의 작은 소형 지진의 시간과 위치를 정확히 찾아낼 수 있었습니다.

Caltech의 지구물리학 박사후 연구원이자 8월 2일 Nature에 발표된 논문의 공동 저자인 Jiaxuan Li는 "이 연구는 단순한 탐지가 아니라 탐지 그 이상입니다"라고 말합니다. “지진이 파열되는 과정을 자세히 영상화하고 있습니다.”

"우리는 매우 조밀한 [광섬유] 네트워크를 조기 경보에 사용할 수 있는 지진 어레이로 변환할 수 있습니다."—Jiaxuan Li, Caltech

더 많은 케이블을 활용하고 더 많은 데이터를 수집함으로써 지진학자들은 지진에 대해 더 잘 이해할 수 있습니다. 그리고 일련의 광섬유 케이블이 지진이 발생하기 전에 예측할 수는 없지만 연구자들은 이 기술을 사용하여 생명을 구하는 더 나은 조기 경보 시스템을 개발하는 데 도움을 줄 수 있다고 Li는 말합니다.

캘리포니아에서는 일반적으로 매년 2~3회의 지진이 발생하는데, 이는 규모 5.5를 의미합니다. 이상 - 구조물에 적당한 손상을 입힙니다. 주 전역에는 700개가 넘는 지진계가 있습니다. 각각의 가격은 미화 50,000달러에 달하며 탐지기 네트워크를 유지하는 데 비용이 많이 듭니다.

조기 감지를 위해서는 지진 발생원에 최대한 가까운 센서를 보유하는 것이 중요합니다. 이는 값비싼 지진계로는 불가능하다고 Li는 말합니다. 반면에 광섬유 케이블은 이미 땅에 깔려 곳곳에 교차되어 조밀하고 저렴한 지진 센서 네트워크를 제공합니다. “우리는 도시와 도시 사이에 매우 광범위한 광섬유 네트워크를 보유하고 있습니다.”라고 그는 말합니다. "우리는 매우 조밀한 네트워크를 조기 경보에 사용할 수 있는 지진 어레이로 변환할 수 있습니다."

Li와 동료들은 분산 음향 감지(DAS)라는 기술을 사용했습니다. 이 기술은 지진학의 세계에는 처음이지만 이미 파이프라인과 전원 케이블의 결함을 모니터링하는 데 사용되었습니다. 이 방법에는 광섬유를 통해 레이저 광 펄스를 전송하고 광섬유의 결함으로 인해 반사된 신호의 강도를 측정하는 작업이 포함됩니다. 섬유가 약간 늘어나거나 수축하면(예: 지진으로 인해) 반사된 신호가 변경될 수 있습니다.

펄스의 복귀 시간을 기반으로 케이블을 따라 교란이 발생한 시기와 위치를 정확히 찾아낼 수 있습니다. 빛은 섬유를 따라 수천 개의 불완전한 지점에서 반사되기 때문에 킬로미터 길이의 케이블이 수천 개의 지진계 역할을 할 수 있습니다. 이는 훨씬 더 많은 지진 데이터를 의미하며 더 높은 해상도로 이어져 더 작은 지진 활동의 위치를 ​​정확히 찾아낼 수 있습니다.

Caltech 연구원들은 기존의 광케이블을 DAS 어레이로 변환했습니다. 통신 회사는 일반적으로 필요한 것보다 더 많은 광섬유를 배치하며, 연구팀은 이 "어두운" 사용되지 않은 광섬유 중 일부를 활용합니다. 캘리포니아 광대역 협동조합(California Broadband Cooperative)의 허가를 받아 팀은 캘리포니아와 네바다 사이의 국경을 따라 있는 광섬유 케이블의 한쪽 끝에 DAS 트랜시버를 설치했습니다.

연구에서 연구원들은 2021년 앤텔로프 밸리 진도 6 지진을 기록한 광섬유 케이블의 50km 구간 두 곳에서 나오는 빛 신호를 분석했습니다. 광섬유 케이블 부분은 Old Mammoth 마을의 북쪽과 남쪽에 위치했습니다. 전체적으로 100km의 케이블은 10,000개의 지진계에서 얻은 데이터와 동일한 데이터를 제공했습니다.