用光導纖維預測地震

○呂雪萱

位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國立實驗室的研究人員，將兩根光纖導線插在地表上的一個洞里，來測定地應力，他們希望通過這種辦法來進行早期地震預報。該實驗室的地球物理學家費雷德·霍姆斯說，這種光纖傳感器要比我們所知道的其他傳感器便宜得多，而且設計簡單，靈敏度更高。

近年，科研人員已研制出很多光纖傳感器，地應力僅是這種傳感器可測出的一項。它還可測出電場、磁場、氣溫等的變化。

洛斯阿拉莫斯實驗室的應力傳感器的主要原理，是依據監測到的有地應力的和沒有地應力的光纖上光傳導的速度來判斷。敏感的光線導線一根聯結在巖石上，另外一根與之平行的導線則不與巖石聯結，當然也就沒有地應力。而對光纖導線施以地應力后，則改變了光傳導的方式。

這取決于應力的相應程度，有應力的導線就比無應力的導線上的光多傳輸相應遠的距離。當這束光重新匯合時，就會互相干擾，產生一個非常亮或非常黑的點，或者說是兩極之間的強電流的交匯點。這種強電流程度不同就產生了兩束光傳輸距離的差異，地應力亦是如此。上述實驗之所以可行，是因為這兩根光纖導線上的光源都來自同一個十分穩定的激光。

霍姆斯使用紐約科寧玻璃廠生產的通常用來做靈敏元器件的玻璃纖維，總長度為200 米。他希望這個光纖系統能測出一百億分之一的地應力。而那些測出的數據則由一臺計算機收集并自動記錄下來，以供地球物理學家們分析。

霍姆斯說，這種光纖應力傳感器還有其他廣泛的用途，諸如監測地下核爆炸，測出在什么地方正往地面抽油，或在什么地方的油田正向地下注水等。它還可監測核反應堆及核廢料場附近的地殼穩定性，監測永久凍土地帶上的建筑物，如煙囪的穩固程度等。

研制光纖傳感器的工作得到了美國海軍部門強有力的支持。因為他們對海底聲音傳感器很感興趣，這種聲音傳感器可以幫助他們精確地測定他國潛艇的位置。除研究光纖傳感器在監測運動、熱能、電子和磁場等方面眾多的軍事用途外，他們還做了廣泛、大量的民用研究。