一根懸掛在普通電線桿上的光纖電纜——這種電纜為越來越多的美國家庭帶來了高速互聯網——可以變成一個傳感器，通過一種叫做分布式光纖傳感的新興技術來探測溫度變化、振動甚至聲音。

　　然而，正如NEC實驗室美國光子學研究員Sarper Ozharar博士所解釋的那樣，光纖電纜中的聲學傳感“僅限于附近的聲源或非常大的事件，例如緊急車輛，汽車警報器或蟬鳴。”

　　蟬嗎?事實上，周期蟬——以13或17年的周期出現數十億只，發出嗡嗡的求偶叫聲而聞名的昆蟲——的聲音足夠大，可以通過光纖聲學傳感探測到。一項新的概念驗證研究表明，這項技術可以為繪制這些眾所周知的短暫細菌的種群數量開辟新的途徑。

　　“盡管它位于新澤西州米德爾塞克斯縣一個繁忙的地區附近，但我還是很驚訝和興奮地了解到有多少關于這些叫聲的信息被收集起來，”昆蟲學家杰西卡·韋爾博士說，她是美國自然歷史博物館無脊椎動物學部門的副館長和主席，也是該研究的合著者，發表在美國昆蟲學會的昆蟲科學雜志上。

　　正如研究人員在他們的報告中解釋的那樣，分布式光纖傳感是基于探測和分析電纜中的“反向散射”。當光脈沖通過光纖電纜發送時，電纜中的微小缺陷或干擾會導致一小部分信號反彈回源。

　　后向散射光到達的時間可以用來計算沿電纜反彈的精確點。而且，監測后向散射如何隨時間變化，可以產生干擾的特征——在聲學傳感的情況下，可以指示聲音的音量和頻率。

　　單個傳感器也可以部署在一段巨大的電纜上;研究人員提供了一個50公里長的電纜的例子，該電纜帶有一個傳感器，可以在精確到1米的尺度上檢測到干擾的位置?！斑@相當于在一個月內安裝5萬個(聲學)傳感器固有同步的被監控區域不需要零現場供電，”他們寫道。

　　2021年，在美國中西部和大西洋中部地區的至少15個州和哥倫比亞特區(包括Ozharar在NEC Laboratories America, Inc.工作的新澤西州)，以17年為周期出現的幾個蟬群中最大的一個，雛蟬X從地下冒出來。在那里，Ozharar和他的同事們使用NEC的光纖傳感測試設備——在普林斯頓NEC實驗室的地面上的三個35英尺長的電線桿上串上電纜——看看他們是否能探測和分析當年6月9日至6月24日在附近樹上嗡嗡作響的X巢蟬的聲音。

　　果然，蟬的嗡嗡聲很明顯。它通過光纖傳感顯示為1.33千赫茲(kHz)的強信號，這與放置在同一位置的傳統音頻傳感器測量到的蟬叫聲頻率相匹配。

　　研究人員還觀察到，蟬的峰值頻率在1.2千赫到1.5千赫之間變化，這種模式似乎與測試地點的溫度變化有關。通過光纖傳感也觀察到蟬的嗡嗡聲的總體強度，信號在測試期間減弱，因為蟬的合唱達到頂峰，然后在它們到達繁殖期結束時減弱。

　　Ozharar說:“我們認為這項新技術非常令人興奮和有趣，它是為其他應用而設計和優化的，看起來與昆蟲學無關，卻可以支持昆蟲學研究。”事實上，光纖傳感器是多功能的，這意味著它們可以被安裝和用于任何目的，今天探測蟬鳴，明天探測其他干擾。

　　韋爾說，光纖傳感很快就會在探測各種昆蟲方面發揮作用。她說:“周期性蟬是這些系統收集到的一個嘈雜的群體，但看看昆蟲的聲景和振動的年度測量是否有助于監測一個地區不同季節和年份的昆蟲豐度，這將是一件有趣的事情?！?/p>

　　至于周期性的蟬，在美國東部不同的年份和不同的地區，已知會出現十幾窩蟬。根據光纖寬帶協會(fiber Broadband association)的數據，到2022年，美國超過40%的家庭可以使用光纖互聯網。隨著時間的推移，美國光纖基礎設施網絡的不斷發展，昆蟲學家可以將其納入觀察和測量這些新情況的努力中。

　　“由于寬帶接入和電信的蓬勃發展，光纖電纜在各個社區無處不在，編織了一個龐大的網絡，不僅提供高速互聯網，而且還為下一代傳感技術奠定了基礎，”Ozharar說。

　　第十窩蟬將在地下待到2038年。它們短暫的出現和大量的數量給研究帶來了挑戰，但它們到來之間的漫長間隔使昆蟲學家在此期間取得了重大的技術飛躍。2021年，通過一個眾包的智能手機應用程序，人們對《Brood X》的觀察達到了前所未有的規模——這在2004年《Brood X》上次出現時幾乎是不可想象的。到2038年，光纖傳感很可能是導致類似進步的下一個途徑。