En un nuevo estudio, Los investigadores muestran que los cables de fibra óptica que transportan datos a través de los océanos del mundo también se pueden usar para detectar eventos geofísicos y monitorear las condiciones del océano y del fondo marino.

Aunque se pueden usar boyas y observatorios cableados para monitorear partes del océano, la información que proporcionan se limita a su entorno inmediato. El nuevo enfoque podría ofrecer una forma de utilizar la red global de cables de fibra óptica submarinos para estudiar partes del océano que de otro modo serían inaccesibles.

"Una vez perfeccionado, esta nueva técnica permitirá la detección geofísica en las profundidades del océano, que están en gran parte inexplorados debido a la falta de instrumentación que funcione en este entorno, "dijo Zhongwen Zhan, profesor asistente de geofísica en Caltech. "Algún día podría usarse para detectar terremotos con epicentros en el océano, permitir alertas tempranas de terremotos y tsunamis, por ejemplo."

En Optica , La revista de la Optical Society para la investigación de alto impacto, Zhan, junto con investigadores de Google y la Universidad de L'Aquila demuestran que el nuevo enfoque puede detectar terremotos y marejadas oceánicas:colecciones de olas producidas por tormentas. Lo hicieron utilizando el cable de fibra óptica transoceánica Curie que conecta Los Ángeles, California con Valparaíso, Chile.

Ir más allá de transportar datos

La nueva técnica hace uso del hecho de que los terremotos, las variaciones de presión u otros cambios en el entorno de un cable transoceánico crean cambios sutiles en la luz que viaja por las fibras ópticas. Aunque se han utilizado enlaces de fibra óptica transoceánicos para detectar eventos geofísicos en el océano Mediterráneo, el enfoque utilizado en demostraciones anteriores requería láseres extremadamente especializados que son difíciles de obtener y usar.

"Usamos equipos de telecomunicaciones estándar sin ningún componente óptico adicional que no sea el que ya se encuentra en los transceptores comerciales, "dijo Zhan." Además, no hay necesidad de un canal de luz dedicado porque los datos necesarios para la detección se pueden recopilar sin perturbar el funcionamiento normal del sistema de transmisión óptica ".

La mayoría de los cables transoceánicos utilizan métodos sofisticados de luz coherente para codificar datos tanto en la amplitud como en la fase de la luz transmitida. Para analizar los cambios en la luz que viaja por el cable, los investigadores desarrollaron un marco teórico para utilizar los datos de polarización generados por un sistema de transmisión coherente para la detección en las profundidades del océano. El método que desarrollaron mide pequeños cambios en la polarización de la luz transmitida.

"Cualquier cambio en el entorno del cable inducirá una pequeña, pero diferencia detectable en la polarización de la luz, ", dijo Zhan." Desarrollamos el marco teórico necesario para interpretar los datos de polarización en cables submarinos, lo que permitirá una mayor comprensión cuantitativa de los procesos geofísicos submarinos ".

Poniendo la teoría en práctica

Los investigadores utilizaron su nuevo enfoque para detectar terremotos en aguas profundas y oleajes oceánicos basados ​​en lecturas adquiridas del cable de fibra óptica transoceánica Curie. Las mediciones coincidieron bien con las mediciones independientes realizadas con sismómetros en tierra.

"La estabilidad de la polarización en el sistema submarino Curie es tan alta que pudimos detectar cambios diferenciales en la longitud de la trayectoria óptica de dos polarizaciones de luz de solo 1,5 micrones en toda la longitud del cable, ", dijo Zhan." Esto equivale a sólo una fracción de la longitud de onda de la luz láser que viaja por el cable ".

Los investigadores todavía están trabajando para comprender mejor cómo usar los datos de polarización para detectar varios cambios en el entorno de un cable óptico submarino.