Wie der Mond Untersee-Kommunikationskabel beeinflusst

Linktabelle

Zusammenfassung und Einleitung

GPS-Langzeitstabilisierter HF-Phasenmesser

Einfache und genaue Modelle für Gezeiten

Latenzschwankungen bei Transpazifikkabeln

Poisson-Effekt auf unter Druck stehende Kabel

Schlussfolgerungen, Danksagungen und Referenzen

Abstrakt

Wir berichten über gezeitenbedingte Latenzschwankungen an einem transpazifischen Unterseekabel. Wochenlange Aufzeichnungen mit einem Präzisionsphasenmesser deuten auf Längenänderungen im Submeterbereich hin, die durch den Poisson-Effekt verursacht werden. Die beschriebene Methode ergänzt das Instrumentarium für das neue Feld der optischen Ozeanseismologie.

1. EINLEITUNG

Eine neue Methode, die auf der Nutzung der Architektur von Unterseekabeln für die ozeanische Seismologie basiert, wurde kürzlich experimentell untersucht[1],[2]. Sie unterscheidet sich konzeptionell von früheren Techniken zur Fernerkundung, bei denen Glasfaser als Transportmedium zwischen Unterwasser-Sensorfeldern dient[3,4] oder mithilfe von Distributed Acoustic Sensing (DAS) analysiert wird, um die Kabelleistung zu überwachen[5].

In seiner ausgereiftesten Form kann das Verfahren große geografische Gebiete erfassen, da es die gesamte Kabellänge als Öffnung nutzt und mit dem gleichzeitigen Betrieb von kommerziellem Verkehr auf derselben Faser kompatibel ist [2]. Diese Funktion macht es universell auf bestehenden Routen für kostengünstige und langfristige Überwachungszwecke einsetzbar.

Die beiden Implementierungen dieser Methode, die bei der Lokalisierung von Erdbeben unter Wasser getestet wurden, basieren auf demselben Grundprinzip: Sie erkennen optische Phasenverzerrungen, die durch mechanische Spannungen und Beanspruchung des Kabels verursacht werden. Eine Version löst Phasenverzerrungen, die durch Kabelbewegung und -spannung verursacht werden, interferometrisch auf[1]. Die zweite Version analysiert die Schwankungen des Polarisationszustands (SOP) von Datenkanälen, die von modernen kohärenten Transpondern aufgezeichnet werden[2]. Während die genaue optomechanische Kopplung zwischen einem vibrierenden Meeresboden und einer verkabelten Faser noch untersucht wird, ist empirisch bekannt, dass der SOP des Lichts in SSMF empfindlich auf Änderungen der Doppelbrechung reagiert, die durch Mikrobiegungen oder Bewegung der Faser verursacht werden.

Hier berichten wir zum ersten Mal über Kabellängenänderungen im Submeterbereich, die vom durch Gezeitenschwankungen erzeugten Wasserdruck abhängen. Im Gegensatz zu den beiden zuvor genannten Implementierungen wird das Kabel nicht durch abrupte Meeresbodenbewegungen beeinflusst. Änderungen des lokalen Wasserdrucks führen jedoch zu Kabellängenänderungen, die mit einem ultrastabilen Phasenmesser erkennbar sind. Im Gegensatz zu allgemein verbreiteten Ansichten weichen Unterseekabel vom Modell der „losen Röhre“ ab, das eine kraftlose Lagerung der Fasern voraussetzt. Unsere Beobachtungen deuten auf eine starke Kopplung zwischen dem Kabelmantel und der ummantelten Faser hin.