揭開水聽器的神秘面紗

　　為適應水聲學應用特別是水下反潛戰的需要，在光纖技術不斷發展的基礎上，光纖水聽器應運而生。光纖水聽器是一種基于光纖、光電子技術上的新型水下聲傳感器，因其在軍事、民用各領域應用廣泛，目前光纖水聽器在國內外發展迅速，已經到達實用狀態。全光光纖水聽器系統的濕端采用全光實現，信號傳感與傳輸皆基于光纖技術。具有抗電磁干擾、重量輕和造價低等優點。
 

　　水聽器是通過在有源光纖上刻寫π相移光柵進而形成的，其常見制作原理如圖1所示。采用高壓載氫方法進行有源光纖的增敏，利用248nm的準分子激光器配合相位掩模版采用遮擋法進行光纖激光器的制作。通過耦合模理論和仿真分析可以得到光纖激光器的π相移區、有源區介質參數、激光器溫度分布對光纖激光器噪聲特性的影響。激光的制作工藝參數主要包括準分子激光器的光強、曝光時間、寫入柵區的長度、有源區摻雜濃度、耦合系數等。
 

　　通過工藝參數的控制，光纖激光器的線寬可以控制在10kHz以內。每一根制作好的光纖激光器都具有特定的輸出中心波長。輸出中心波長會因光纖激光器受到的外界作用而發生變化，例如溫度、應力、壓力等。當聲壓作用在光纖激光器上時會引起光纖徑向及軸向應力，從而導致輸出中心波長的變化，通過檢測中心波長的變化可以還原水聲信號，這就是光纖激光水聽器的原理。早期的光纖激光水聽器就是直接利用裸露的光纖激光器感受水聲壓，后來經過不斷發展，靈敏度和頻響特性逐漸優化，光纖激光水聽器走向實用。
 

　　水聽器統除了包括置于水環境中的光纖激光傳感器探頭，還包括船載或放在岸上的光纖激光解調設備，通常被分別稱為“濕端”和“干端”，二者之間通過光纜連接。在濕端部分，由于光纖激光器具有波長編碼特性，不同中心波長的光纖激光器可以被封裝成不同的水聽器單元，然后串聯形成水聽器陣列。這樣，就可以僅通過一根光纖同時傳輸若干光纖水聽器采集到的水聲信息。