光纖水聽(tīng)器是一種建立在光纖、光電子技術(shù)基礎上的水下聲信號傳感器。它通過(guò)高靈敏度的光學(xué)相干檢測，將水聲振動(dòng)轉換成光信號，通過(guò)光纖傳至信號處理系統提取聲信號信息。光纖水聽(tīng)器具有靈敏度高，頻響特性好等特點(diǎn)。由于采用光纖作信息載體，適宜遠距離大范圍監測。 光纖水聽(tīng)器類(lèi)型及特點(diǎn)：
調相型光纖水聽(tīng)器
光纖水聽(tīng)器是利用光纖的傳光特性以及它與周?chē)晥?chǎng)相互作用產(chǎn)生的種種調制效應，在中接收水聲信號的儀器。
調相型光纖水聽(tīng)器主要指干涉型光纖水聽(tīng)器，它是基于光學(xué)干涉儀的原理構造的。圖1是基于幾種典型光學(xué)干涉儀的光纖水聽(tīng)器的原理示意圖。圖1(a)所示是基于Mach-Zehnder光纖干涉儀光纖水聽(tīng)器的原理示意圖，激光經(jīng)3dB光纖耦合器分為兩路，分別經(jīng)過(guò)傳感臂與參考臂，由另一個(gè)耦合器合束發(fā)生干涉，經(jīng)光電探測器轉換后拾取聲信號。圖1(b)所示是基于Fabry-Perot光纖干涉儀光纖水聽(tīng)器的原理示意圖。由兩個(gè)反射鏡或一個(gè)光纖布拉格光柵等形式構成一個(gè)Fabry-Perot干涉儀，激光經(jīng)該干涉儀時(shí)形成多光束干涉，通過(guò)解調干涉的信號得到聲信號。
調幅型光纖水聽(tīng)器
強度型光纖水聽(tīng)器基于光纖中傳輸光強被聲波調制的原理，該型光纖水聽(tīng)器研究開(kāi)發(fā)較早，主要調制形式有光纖微彎式等。微彎光纖水聽(tīng)器是根據光纖微彎損耗導致光功率變化的原理而制成的光纖水聽(tīng)器。其原理如圖2所示。兩個(gè)活塞式構件受聲壓調制，它們的頂端是一帶凹凸條紋的圓盤(pán)，受活塞推動(dòng)而壓迫光纖，光纖由于彎曲而損耗變化，這樣輸出光纖的光強受到調制，轉換為電信號即可得到聲場(chǎng)的聲壓信號。
光纖光柵水聽(tīng)器是典型的偏振型光纖水聽(tīng)器，它是利用光纖光柵作為基本傳感元件，以光柵的諧振耦合波長(cháng)隨外界參量變化而移動(dòng)為基本原理來(lái)實(shí)現的。目前，光纖光柵水聽(tīng)器典型的一種是基于光纖布拉(Bragg)光柵構造，如圖3所示。當寬帶光源(BBS)的輸出光波經(jīng)過(guò)一個(gè)光纖布拉格光柵(FBG)時(shí)，根據模式耦合理論可知，波長(cháng)滿(mǎn)足布拉格條件的光波將被反射回來(lái)，其余波長(cháng)的光波則透射，這樣就實(shí)現了水聲聲壓對反射信號光的波長(cháng)調制。所以，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測中心反射波長(cháng)偏移情況來(lái)獲得聲壓變化的信息。
無(wú)源光纖光柵水聽(tīng)器是以刻寫(xiě)在光纖上的單個(gè)光纖布拉格光柵(FBG)為傳感元件，如圖4所示，光纖光柵的載體為普通單模光纖，光纖內部無(wú)摻雜，當C波段寬帶光源(1535～1565nm)輸入到光纖光柵時(shí)，由于光纖光柵的窄帶反射特性，將后向反射回一個(gè)窄帶反射光，該反射光的中心波長(cháng)隨外界物理量的變化而產(chǎn)生相應變化。當FBG水聽(tīng)器受外界聲壓作用時(shí)，其反射譜發(fā)生漂移，通過(guò)檢測反射波長(cháng)或功率解調出相應的聲壓變化。
DBR 光纖激光器結構由一對波長(cháng)匹配的FBG 作為諧振腔反射鏡和摻鉺光纖(EDF)作為激光器的增益介質(zhì)，如圖5、圖6所示。采用980nm泵浦激光入射到DBR激光諧振腔內，經(jīng)泵浦的鉺離子形成粒子集居數反轉后產(chǎn)生受激輻射，該輻射通過(guò)光纖光柵諧振腔發(fā)射激光DBR 光纖激光器所發(fā)射的激光中心波長(cháng)與光柵本身的反射中心波長(cháng)相匹配。因此在受到外界物理量的作用時(shí)依然會(huì )產(chǎn)生波長(cháng)的偏移，利用波長(cháng)解調系統和聲信號轉換系統即可解調出相應的聲信號。
光纖水聽(tīng)器自誕生以來(lái)，備受關(guān)注，由于其體積小，便于多路復用，并可以將多種傳感器集成在一起等顯明特點(diǎn)，二十年來(lái)，歐、美、英等國家相繼投入大量的人力和物力，使該技術(shù)在理論研究和應用開(kāi)發(fā)上都有了長(cháng)足的進(jìn)步。光纖水聽(tīng)器技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟，在軍事、能源勘探以及水聲物理等眾多領(lǐng)域獲得應用，應用前景十分廣闊。
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