現在走進中國地震局院內的花壇，蹲下身，你還能看出土被翻動過的痕跡。在南門附近，仔細找，你能看到露出在外的一圈光纖。
這種廉價的、大眾熟知的入戶光纖，在地震局內新鋪設了600多米。600多米的環形光纖，接入中國科技大學和中國地震局團隊合作自主研製的DAS（分散式光纖聲波/振動感測）和DTS（分散式光纖溫度監測）系統，相當於佈置了1600個振動和溫度感測器開展觀測試驗。
10月22日，分散式光纖感測技術應用展示會在北京召開。光纖，不只是傳輸訊號的“血管”，如今，也成為監測訊號的“神經”。
將40千米長的光纜變成數萬個地震感測器
近年來，光纖除應用於通訊領域外，還被作為感測器用於測量應力和溫度等物理量。不過，這項新技術的核心裝置——光訊號調製解調主要依賴進口。國外裝置不僅價格高昂，高階產品向我國出口也受到諸多限制。
2021年，中國科學技術大學研製出具有自主智慧財產權的DAS系統，可利用現有通訊光纜進行地震監測和地下空間探測等工作。
其技術原理是利用光時域反射技術進行定位。光的瑞利散射對光纖的折射率、長度等變化極其敏感。當光纖受到擾動時，瑞利散射光的強度和相位會發生變化。因此，探測並解調瑞利散射光可獲得外界振動資訊。
中國科學技術大學地球和空間科學學院教授王寶善介紹，這套裝置的三大關鍵點，是專用鐳射光源、高靈敏探測系統和高保真解調系統。DAS裝置能夠將40千米長的光纜變成數萬個地震感測器。“光纖與傳統地震儀的靈敏度相當， 能夠感知各種振動訊號；但超高密度觀測使得光纖具有更高的監測能力。”2021年6月，DAS裝置部署在合肥紫蓬山進行連續觀測，成功測到宣城2.7級地震，菲律賓6.6級地震等。在地震局內鋪設光纖後，DAS系統記錄到10月15日內蒙古赤峰4.7級地震波形資料，與傳統短週期地震儀觀測一致性良好。
王寶善說，這為在城市地區開展地震密集/超密集臺陣觀測提供了新的解決思路，可以成為現有監測系統的補充。
連續性測溫，抵達傳統測溫技術所不能達之處
而利用光的另一種散射，則可以靈敏捕捉溫度的變化。它是拉曼散射，即光波在被散射後頻率會發生變化。
拉曼散射源於光子與分子的固有振動相互作用，攜帶了分子溫度資訊，其強度和溫度相關。所以，對這種光的散射進行解析，就能測溫。
前不久，科技部部長王志剛向冬奧會籌辦百日科技攻堅發出“動員令”。中國科學院院士、地球物理學家、中國地震局科技委主任陳顒告訴科技日報記者，研究團隊積極響應這一“動員令”，集中力量對鐳射光源、核心演算法等關鍵技術進行攻關，研製出包括鐳射光源系統、訊號解調和資料處理系統等模組的分散式光纖溫度感測（DTS）系統，它具有完全智慧財產權，全部器件均為國產。
溫度對冰雪運動有很大影響。“溫度測量技術是冰雪運動會的科技支撐，運動場地冰雪的動態溫度變化是運動會的基本科學資料。”陳顒說。
傳統測溫方式往往是單點測量，無法全面及時反映溫度的時空變化。DTS正可以解決這一痛點。在冰雪比賽場地附近埋設一條溫度測量光纖，就能對整條賽道每隔1米甚至更短距離的溫度變化進行監測，測量精度可達0.1℃。
中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心教授陳暘介紹，分散式光纖感測系統，可以監測溫度、應變和振動，拓展傳統方式無法或難以監測的區域。這類監測，還可以及時發現大型設施的潛在故障。它在輸電網路、石油化工、大型倉庫中，在深地和深海探測中，都能得到應用。
陳顒表示，下一步，他們將推動分散式光纖感測軟硬體的研發和成果產業化，推動分散式光纖感測監測網路建設，拓展其應用領域。
來源：科技日報
