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Onland and Offshore Extrinsic Fabry–Pérot Optical Seismometer at the End of a Long Fiber

Authors :
D. Boyer
Frederick Boudin
Romain Feron
Han Cheng Seat
Louis Géli
Anthony Sourice
Alexandre Nercessian
Guy Plantier
Julien Couteau
Michel Cattoen
Christophe Brunet
Mathieu Feuilloy
Stéphane Gaffet
Jean Chéry
Patrick Chawah
Pascal Bernard
Pascal Pelleau
Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ESEO-GSII (GSII)
ESEO-Tech
Université Bretagne Loire (UBL)-École supérieure d'électronique de l'ouest [Angers] (ESEO)-Université Bretagne Loire (UBL)-École supérieure d'électronique de l'ouest [Angers] (ESEO)
Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans (LAUM)
Le Mans Université (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Équipe Optoélectronique pour les Systèmes Embarqués (LAAS-OSE)
Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS)
Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)
Géosciences Montpellier
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université des Antilles (UA)
Laboratoire Souterrain à Bas Bruit (LSBB)
Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Avignon Université (AU)-Aix Marseille Université (AMU)-Observatoire de la Côte d'Azur
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Interdisciplinaire de Recherche Impliquant la Géologie et la Mécanique (LIRIGM)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)
Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)
ANR-16-CE04-0008,HIPERSIS,Sismomètre Optique à Haute Performance(2016)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de La Réunion (UR)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-IPG PARIS-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
Université Bretagne Loire (UBL)-Université Bretagne Loire (UBL)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Le Mans Université (UM)
Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université des Antilles (UA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Aix Marseille Université (AMU)-Avignon Université (AU)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)
Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer - Brest (IFREMER Centre de Bretagne)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS)
Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Avignon Université (AU)-Aix Marseille Université (AMU)-Observatoire de la Côte d'Azur
Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer - Brest (IFREMER)
Source :
Seismological Research Letters, Seismological Research Letters, 2019, 90 (6), pp.2205-2216. ⟨10.1785/0220190049⟩, Seismological Research Letters, Seismological Society of America, 2019, 90 (6), pp.2205-2216. ⟨10.1785/0220190049⟩, Seismological Research Letters (0895-0695) (Seismological Society of America (SSA)), 2019-11, Vol. 90, N. 6, P. 2205-2216
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

We report here the design, performance, and in situ demonstration, on‐land and offshore, of an innovative high‐resolution low‐cost optical (laser) seismometer. The instrument was developed within the Laser Interferometry for Earth Strain project (French Agence Nationale de la Recherche [ANR] program), and first tested at the low‐noise underground laboratory Laboratoire Souterrain à Bas Bruit (LSBB, France). It is based on Fabry–Pérot optical interferometry between the extremity of a probing optical fiber and a reflecting mirror secured to the mobile mass of a passive 2 Hz geophone. The detection technique is based on the wavelength modulation of the laser diode (1310 nm), which allows the separation of the optical power into two signals in quadrature, thanks to an heterodyne technique. The relative displacement of the mobile mass is retrieved in real time by the phase unwrapping of these two signals. At LSBB, the fiber was 3 km long. It recorded many teleseismic earthquakes and a few regional ones, and resolves the low‐seismic noise of the Earth for periods up to 6 s, presenting an acceleration noise floor lower than 1 ng/Hz in the 0.3–5 Hz range. A three‐component version of this fiber‐based interferometric 2 Hz geophone has been recently constructed, shielded in a hyperbaric container, and installed offshore for test in Brittany (France) in April 2018, with an improved control system. Its record of the marine ambient noise matches those of a collocated commercial broadband seismometer for periods up to 50 s. This opens promising perspectives for large‐scale ocean bottom instrumentation with up to 50‐kilometer‐long optical lines; an installation is planned for 2020, off Guadeloupe, with a 5‐kilometer‐long fiber cable. It may also prove useful for installations in other challenging and exposed environments, such as deep hot boreholes, active volcanoes, unstable landslides, for real‐time monitoring in regions with high natural hazard, but also for seismic monitoring of geoindustries.

Details

Language :
English
ISSN :
08950695
Database :
OpenAIRE
Journal :
Seismological Research Letters, Seismological Research Letters, 2019, 90 (6), pp.2205-2216. ⟨10.1785/0220190049⟩, Seismological Research Letters, Seismological Society of America, 2019, 90 (6), pp.2205-2216. ⟨10.1785/0220190049⟩, Seismological Research Letters (0895-0695) (Seismological Society of America (SSA)), 2019-11, Vol. 90, N. 6, P. 2205-2216
Accession number :
edsair.doi.dedup.....138a1ee63065b1a49aca6c611e4b337d