|中科大和地震局联手，让光纤变身“温度计”和“地震仪”

科技日报采访人员张盖伦
现在走进中国地震局院内的花坛，蹲下身，你还能看出土被翻动过的痕迹。在南门附近，仔细找，你能看到露出在外的一圈光纤。
这种廉价的、大众熟知的入户光纤，在地震局内新铺设了600多米。 600多米的环形光纤，接入中国科技大学和中国地震局团队合作自主研制的DAS（分布式光纤声波/振动传感）和DTS（分布式光纤温度监测）系统，相当于布置了1600个振动和温度传感器开展观测试验。
10月22日，分布式光纤传感技术应用展示会在北京召开。光纤，不止是运送信号的血管，如今，也成为监测信号的神经。

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分布式光纤传感技术应用展示会现场。
将40千米长的光缆变成数万个地震传感器
近年来，光纤除应用于通信领域外，还被作为传感器用于测量应力和温度等物理量。不过，这项新技术的核心设备——光信号调制解调主要依赖进口。国外设备不仅价格高昂，高端产品向我国出口也受到诸多限制。
2021年，中国科学技术大学研制出具有自主知识产权的DAS系统，可利用现有通讯光缆进行地震监测和地下空间探测等工作。
其技术原理是利用光时域反射技术进行定位。光的瑞利散射对光纤的折射率、长度等变化极其敏感。当光纤受到扰动时，瑞利散射光的强度和相位会发生变化。因此，探测并解调瑞利散射光可获得外界振动信息。
在地震局内举行的展示会现场，借助600多米的环形光纤， DAS也探听着光纤沿线的动静。人在踏步，地铁驶过，屏幕上，都会出现相应的波形，对其诚实地记录。

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DAS系统记录到1号线开往不同方向的地铁。张强/摄影
中国科学技术大学地球和空间科学学院教授王宝善介绍，这套设备的三大关键点，是专用激光光源、高灵敏探测系统和高保真解调系统。 DAS设备能够将40千米长的光缆变成数万个地震传感器。光纤与传统地震仪的灵敏度相当，能够感知各种振动信号；但超高密度观测使得光纤具有更高的监测能力。 2021年6月， DAS设备部署在合肥紫蓬山进行连续观测，成功测到宣城2.7级地震，菲律宾6.6级地震等。在地震局内铺设光纤后， DAS系统记录到10月15日内蒙古赤峰4.7级地震波形数据，与传统短周期地震仪观测一致性良好。
王宝善说，这为在城市地区开展地震密集/超密集台阵观测提供了新的解决思路，可以成为现有监测系统的补充。
连续性测温，抵达传统测温技术所不能达之处
而利用光的另一种散射，则可以灵敏捕捉温度的变化。它是拉曼散射，即光波在被散射后频率会发生变化。
拉曼散射源于光子与分子的固有振动相互作用，携带了分子温度信息，其强度和温度相关。所以，对这种光的散射进行解析，就能测温。

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中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员张强在介绍DTS在地震局内对温度的监测情况。
前不久，科技部部长王志刚在调研科技冬奥时，向冬奥会筹办百日科技攻坚发出动员令。中国科学院院士、地球物理学家、中国地震局科技委主任陈颙告诉科技日报采访人员，研究团队积极响应这一动员令，集中力量对激光光源、核心算法等关键技术进行攻关，研制出包括激光光源系统、信号解调和数据处理系统等模块的分布式光纤温度传感（DTS）系统，它具有完全知识产权，全部器件均为国产。