用光导纤维预测地震

○吕雪萱

位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国立实验室的研究人员，将两根光纤导线插在地表上的一个洞里，来测定地应力，他们希望通过这种办法来进行早期地震预报。该实验室的地球物理学家费雷德·霍姆斯说，这种光纤传感器要比我们所知道的其他传感器便宜得多，而且设计简单，灵敏度更高。

近年，科研人员已研制出很多光纤传感器，地应力仅是这种传感器可测出的一项。它还可测出电场、磁场、气温等的变化。

洛斯阿拉莫斯实验室的应力传感器的主要原理，是依据监测到的有地应力的和没有地应力的光纤上光传导的速度来判断。敏感的光线导线一根联结在岩石上，另外一根与之平行的导线则不与岩石联结，当然也就没有地应力。而对光纤导线施以地应力后，则改变了光传导的方式。

这取决于应力的相应程度，有应力的导线就比无应力的导线上的光多传输相应远的距离。当这束光重新汇合时，就会互相干扰，产生一个非常亮或非常黑的点，或者说是两极之间的强电流的交汇点。这种强电流程度不同就产生了两束光传输距离的差异，地应力亦是如此。上述实验之所以可行，是因为这两根光纤导线上的光源都来自同一个十分稳定的激光。

霍姆斯使用纽约科宁玻璃厂生产的通常用来做灵敏元器件的玻璃纤维，总长度为200 米。他希望这个光纤系统能测出一百亿分之一的地应力。而那些测出的数据则由一台计算机收集并自动记录下来，以供地球物理学家们分析。

霍姆斯说，这种光纤应力传感器还有其他广泛的用途，诸如监测地下核爆炸，测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。它还可监测核反应堆及核废料场附近的地壳稳定性，监测永久冻土地带上的建筑物，如烟囱的稳固程度等。

研制光纤传感器的工作得到了美国海军部门强有力的支持。因为他们对海底声音传感器很感兴趣，这种声音传感器可以帮助他们精确地测定他国潜艇的位置。除研究光纤传感器在监测运动、热能、电子和磁场等方面众多的军事用途外，他们还做了广泛、大量的民用研究。