揭開(kāi)水聽(tīng)器的神秘面紗

　　為適應(yīng)水聲學(xué)應(yīng)用特別是水下反潛戰(zhàn)的需要，在光纖技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，光纖水聽(tīng)器應(yīng)運(yùn)而生。光纖水聽(tīng)器是一種基于光纖、光電子技術(shù)上的新型水下聲傳感器，因其在軍事、民用各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，目前光纖水聽(tīng)器在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速，已經(jīng)到達(dá)實(shí)用狀態(tài)。全光光纖水聽(tīng)器系統(tǒng)的濕端采用全光實(shí)現(xiàn)，信號(hào)傳感與傳輸皆基于光纖技術(shù)。具有抗電磁干擾、重量輕和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。
 

　　水聽(tīng)器是通過(guò)在有源光纖上刻寫(xiě)π相移光柵進(jìn)而形成的，其常見(jiàn)制作原理如圖1所示。采用高壓載氫方法進(jìn)行有源光纖的增敏，利用248nm的準(zhǔn)分子激光器配合相位掩模版采用遮擋法進(jìn)行光纖激光器的制作。通過(guò)耦合模理論和仿真分析可以得到光纖激光器的π相移區(qū)、有源區(qū)介質(zhì)參數(shù)、激光器溫度分布對(duì)光纖激光器噪聲特性的影響。激光的制作工藝參數(shù)主要包括準(zhǔn)分子激光器的光強(qiáng)、曝光時(shí)間、寫(xiě)入柵區(qū)的長(zhǎng)度、有源區(qū)摻雜濃度、耦合系數(shù)等。
 

　　通過(guò)工藝參數(shù)的控制，光纖激光器的線寬可以控制在10kHz以?xún)?nèi)。每一根制作好的光纖激光器都具有特定的輸出中心波長(zhǎng)。輸出中心波長(zhǎng)會(huì)因光纖激光器受到的外界作用而發(fā)生變化，例如溫度、應(yīng)力、壓力等。當(dāng)聲壓作用在光纖激光器上時(shí)會(huì)引起光纖徑向及軸向應(yīng)力，從而導(dǎo)致輸出中心波長(zhǎng)的變化，通過(guò)檢測(cè)中心波長(zhǎng)的變化可以還原水聲信號(hào)，這就是光纖激光水聽(tīng)器的原理。早期的光纖激光水聽(tīng)器就是直接利用裸露的光纖激光器感受水聲壓，后來(lái)經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，靈敏度和頻響特性逐漸優(yōu)化，光纖激光水聽(tīng)器走向?qū)嵱谩?br /> 

　　水聽(tīng)器統(tǒng)除了包括置于水環(huán)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(diào)設(shè)備，通常被分別稱(chēng)為“濕端”和“干端”，二者之間通過(guò)光纜連接。在濕端部分，由于光纖激光器具有波長(zhǎng)編碼特性，不同中心波長(zhǎng)的光纖激光器可以被封裝成不同的水聽(tīng)器單元，然后串聯(lián)形成水聽(tīng)器陣列。這樣，就可以?xún)H通過(guò)一根光纖同時(shí)傳輸若干光纖水聽(tīng)器采集到的水聲信息。