光纤激光水听器的基本原理,国内外光纤激光水听器的研究进展以及发展趋势
光纤水听器的概述
一、光纤水听器的历史发展现状
• 随着核潜艇技术及潜射导弹技术的迅速发展，潜艇的噪声 日益降低。常规探测潜艇压电声纳的灵敏度已接近极限值 ，使电缆连接的海底声纳警戒系统的探潜能力大大降低。 鉴于光纤技术为信息传输和信息传感带来了革命性的变革 ，美国和欧共体各国都对水听器进行了深入研究, 获得了 很多有价值的研究成果。 • 上世纪70年代中期，美国的J.A.Bucaro首先提出在反潜战 中利用光纤作为换能器, 研制光纤水听器, 近年来, 美国 、 日本等军事大国均在光纤光栅水听器技术中投入了大 量的人力财力从事研究,取得了较好的效果。 • 1985年，W. Tietjen提出了光栅水听器
二、分类及基本原理
2、干涉型（调相型）光纤水听器
干涉型光纤水听器是基于光学干涉仪基本原理构造而成。 其基本原理是:在一段单模光纤中传输的相干光 ，因外界声场 的作用，而产生相位调制。 目前光纤传感器中采用四种不同的干涉测量结构： ●Michelson干涉仪型光纤水听器 ●Mach-Zehnder干涉型光纤水听器 ●Fabry-Perot干涉型光纤水听器 ●Sagnac干涉型光纤水听器
这种水听器是在声压信号的作用下，造成水中光纤端面处的光反射系 数的改变而实现对水声信号的检测。声压信号的增加使得周围液体的密度 增加，从而导致液体的折射率的改变。实验原理如下图所示。 光源通过一个光线祸合器与传感探头及信号处理系统相连，为减少光 源波动的影响，设置了反馈控制回路。这种结构能实现水下正负声压信号 检测，结构和原理简单，成本较低。
二、分类及基本原理
2.1、基于Michelson干涉仪光纤水听器
由激光器发出的激光经3dB光纤耦合器分为两路：一路构成光纤干 涉仪的传感臂，接受声波的调制，另一路则构成参考臂，提供参考相位。 两束波经后端反射膜反射后返回光纤耦合器，发生干涉，干涉的光信号 经光电探测器转换为电信号，经过信号处理就可以拾取声波的信息。
光纤水听器原理与应用综述(1)
光纤水听器原理与发展现状袁虎邓华秋（华南理工大学物理系广州510640）摘要光纤水听器由于其特有的抗电磁干扰、体积小等特点,在军事、民用方面有着广泛应用。
本文简介了光纤水听器的基本原理，并分别对强度调制型、干涉型和光栅型光纤水听器进行了简单的介绍。
在现在的光纤水听器的应用中，点式的传感已不能满足现在的大规模集成化要求,因此分布式光纤水听器也是近期的研究热点。
文中介绍了两种分布式光纤水听器的技术方案，分别是OTDR和FMCW技术。
与此同时由于光纤激光器的发展，其良好的单色性和稳定性可以用于优良的光源，把它用到干涉型光纤水听器中可以极大程度的提高光纤水听器的性能。
关键词：光纤水听器；FMCW；光纤激光器1.光纤水听器简介声波作为一种机械波，可以在海水中进行远程能量传递，而其他类型的能量场在水中衰减很快,因此，声波是海洋深层信息收集、传递和处理的最重要形式[1]。
水声传感器简称水听器,是在水中侦听声场信号的仪器。
它作为反潜声纳的核心部件,在军事领域中有着重要的应用；在工业生产和民用领域，也有着广泛的用途,如用于海洋石油和天然气的勘探、地震预测、水声物理研究、海洋气候以及渔业等众多方面。
早期的水听器主要有压电陶瓷制成的压电水听器.但随着应用的深入，基于压电陶瓷传感元件的水听器出现了许多不足之处.如对电磁场的敏感性，电缆负载、连接电缆的共振效应，同时利用压电陶瓷进行点传感的技术难度和成本也十分困难。
正是由于传统压电式水听器存在这些问题，随着光纤和激光技术的发展,人们研制出了一种基于光纤光电子技术的新型水听器—光纤水听器。
它的研究始于冷战时期，由于反潜战的需要，美国海军开始了光纤水听器的研究。
［2，3］1977年布卡诺等人发表首篇关于光纤技术的水声传感系统的论文[4].光纤水听器由于传感头部分不用使用电，而是通过光来传输信号，所以具有抗电磁干扰、电绝缘、动态范围宽、稳定可靠性高、灵敏度不受水流静压力和频率的影响、可以进行远距离测量、探头体积小、方便构成大规模阵列等众多优点。
光纤水听器的原理与应用
制形式有光纤微弯式 、光纤绞合式 、受抑全内反射式
及光栅式等[2 ] .
微弯光纤水听器是根据光纤微弯损耗导致光功
率变化的原理而制成的光纤水听器. 其原理如图 2
所示 :两个活塞式构件受声压调制 ,它们的顶端是一
带凹凸条纹的圆盘 ,受活塞推动而压迫光纤 ,光纤由
于弯曲而损耗变化 ,这样输出光纤的光强受到调制 ,
是有 :
Δφs
≈
2πnνl ·Δl
c
l
=
k ·p ,
(4)
其中 k 是比例系数. (4) 式说明干涉仪由水声引起
的相位差变化与声压变化成正比 ,该式是干涉型光
纤水听器拾取声信号的理论基础.
2. 2 强度型光纤水听器原理
强度型光纤水听器基于光纤中传输光强被声波
调制的原理 ,该型光纤水听器研究开发较早 ,主要调
2 光纤水听器原理
光纤水听器按原理可分为干涉型 、强度型 、光栅
型等. 干涉型光纤水听器关键技术已经逐步发展成 熟 ,在部分领域已经形成产品 ,而光纤光栅水听器则 是当前光纤水听器研究的热点. 2. 1 干涉型光纤水听器原理
干涉型光纤水听器是基于光学干涉仪的原理构
造的. 图 1 是基于几种典型光学干涉仪的光纤水听 器的原理示意图. 图 1 (a) 是基于 Michelson 光纤干 涉仪光纤水听器的原理示意图. 由激光器发出的激 光经 3dB 光纤耦合器分为两路 :一路构成光纤干涉 仪的传感臂 ,接受声波的调制 ,另一路则构成参考 臂 ,提供参考相位. 两束波经后端反射膜反射后返回 光纤耦合器 ,发生干涉 ,干涉的光信号经光电探测器 转换为电信号 ,经过信号处理就可以拾取声波的信 息. 图 1 ( b) 是基于 Mach2Zehnder 光纤干涉仪光纤 水听器的原理示意图. 激光经 3dB 光纤耦合器分为 两路 ,分别经过传感臂与参考臂 ,由另一个耦合器合 束发生干涉 ,经光电探测器转换后拾取声信号. 图 1 (c) 是基于 Fabry2Perot 光纤干涉仪光纤水听器 的原理示意图. 由两个反射镜或一个光纤布拉格光 栅等形式构成一个 Fabry2Perot 干涉仪 ,激光经该干 涉仪时形成多光束干涉 ,通过解调干涉的信号得到 声信号. 图 1 (d) 是基于 Sagnac 光纤干涉仪光纤水听 器的原理示意图. 该型光纤水听器的核心是由一个 3 ×3 光纤耦合器构成的 Sagnac 光纤环 ,顺时针或逆 时针传播的激光经信号臂时对称性被破坏 ,形成相 位差 ,返回耦合器时干涉 ,解调干涉信号得到声信 号.
光纤水听器的研究与设计
中 图分类 号 ： Ｔ Ｎ ９ ２ ９
文献 标 识 码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ － ３ ７ ９ １ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ （ ｃ ） 一 ０ １ ０ ０ － ０ １ 道上 ， 观 察对 比 两 个 水 听 器 检 测 信 号 能 力
工 业 技
术
光纤 水 听 器 的研 究 与 设计
跏
梁 博 （ 厦 门大 学电子 工程 学院 福建厦 门 ３ ６ １ ０ ０ ０ ）
０
摘 要： 随 着水听 器技术 的发展 ， 光纤水 听器是 基于 光纤 ． 光 电子 技术 的一种 新型水 听 器 ， 光纤水听 器具 有灵敏 度 高 ， 频 带宽 ， 等优 点 ， 特 别适合 在 空间受限 ， 易爆 等 恶劣环境 下使 用［ ｔ － ｚ ］ 。 光纤 水听 器从 基 本原 理上 可分 为强度调 制型 ， 相位 调制 型和 光纤光栅 型 。 强度 调制 型水 听器是指通过 调制光纤 中传输 光的强度从 而达到测量水下 声波 信号的 目的。 这种 类型 的光纤水听 嚣在很 久 以前便 受到关注 ， 研 究开 发较早 ， 主要 调制 形式 有光 纤微 弯式 ， 先 纤绞合 式 、 受抑 全 内反 射式 及光 纤 光栅 式等 。
１ 光纤水听器的类型 ： 强度调制型水听器 ２ Ｆ Ｐ Ｉ 光纤水听 器的设计
相位调 制型水听 器 ： 相 位 调 制 型 水 听
该 实 验 采 用 的 薄 膜 材 料 为 实 验 室 特 有 的 大 小 。 当 驱 动 水 下 扬 声 器 的 信 号 源 为 频
． ７ ｋＨｚ 的正 弦 波 时 ， 光 纤 水 听 器 与压 电 器是 指 通 过 调 制 光 纤 中传 输 光 的 相 位 从 而 的 一 种 聚 合 物 薄 膜 。 用 这 种 材 料 可 以 制 得 率 １ 达 到 测 量 水 下 声 波 信 号 的 目的 ， 主要 包 含 面 积 比较 大 的薄 膜 ， 从而 提 高 Ｆ Ｐ Ｉ 光纤 水 听 水 听 器 接到 的 信 号分 别如 图 １ （ ａ ） 、 （ ｂ ） 所示 。 有Ｍｉ ｃ ｈｅ ｌ ｓ ｏ ｎ干涉 式 、 Ｍａ ｃ ｈ—Ｚ ｅ ｈｎ ｄ ｅ ｒ 干 涉 器 的 灵 敏 度 。 该 实 验 所 用 的 薄 膜 半 径 为 从图１ 可 以 看 出Ｆ Ｐ Ｉ 光 纤水 听 器接 收 到 式、 Ｆ — Ｐ 干涉 式 、 Ｓ ａ ｇ ｎ ａ ｃ 干 涉式 等 ， 也称 为干 ２ ． ５ ｍｍ， 因 反射 率较 低 ， 所 以Ｆ － Ｐ 光纤 水听 的信 号 幅 度 和 噪 声 明 显 优 干 实验 所 用的 压 因此 ， 与压电水听器相 比， 光 纤 涉 式水听器 。 器的 工 作 原 理 可 以 简化 为光 纤 端 面 与 薄 膜 电水 听 器 。
光纤矢量水听器研究进展
光纤矢量水听器研究进展+倪明*张振宇孟洲胡永明（国防科技大学光电科学与工程学院长沙410073）摘要：阐述了光纤矢量水听器拾取声波振速信号的基本原理。
介绍了国内外矢量水听器研究现状与发展趋势，国防科大研制的同振球型光纤矢量水听器探头尺寸为Φ110mm，工作带宽20~2000Hz，加速度灵敏度大于35dB(ref 1rad/g)，指向性呈现“8”字自然指向性，工作水深大于500m。
海上初步实验结果表明，光纤矢量水听器可有效拾取水声信号，实现对目标的定向处理。
最后展望了光纤矢量水听器可应用的领域。
关键词：光纤矢量水听器矢量水听器目前水声探测所用的水听器一般都是声压水听器，它只能得到声场的声压标量。
光纤矢量水听器(fiber optic vector hydrophone, FOVH)是一种新型水声探测器，它在一个点上的测量信号中就已包含了声场的标量信息和三维矢量信息，通过这些信息的互相关处理，能极大地抑制干扰，提高信噪比。
传感单元具有指向性，抑制环境噪声4.8～6.0dB，这样在相同阵增益的情况下可大大减小阵列的孔径。
单个传感器具有指向性，可有效解决声压水听器阵列的左右弦模糊问题。
光纤矢量水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下三维声场信号传感器[1]。
它通过高灵敏度的光学相干检测，将声波振速信号转换为光信号，并通过光纤传至信号处理系统提取声波信息。
相对于传统压电矢量水听器，干涉型光纤矢量水听器灵敏度高、信号经光纤传输损耗小、免电磁干扰、无串扰、能在恶劣的环境中实现长期稳定工作，系统具有光纤网络的特点，可大规模组阵实现水下大范围声学监测。
1 基本原理干涉型光纤矢量水听器基于光纤干涉仪原理构造，拾取声信号的原理基于声压对干涉仪两臂的调制，全光光纤矢量水听器系统则是湿端基于光纤矢量水听器探测单元，信号传输采用光缆传输，以湿端无任何电子器件为特性的先进水下声测量系统。
1.1 光纤干涉仪原理图1是Michelson光纤干涉仪基本结构图。
光纤水听器
SENSOR HEAD ISOLATOR
FBG 1
FBG 2 A/D AMP PD IMG
系统光路图
二 光纤光栅水听器
衰减/dB
FBG 1 移动方向
FBG 2移动方向
波长/nm
光纤布拉格光栅自解调示意图
•
系统信号解调采用双光纤光栅互相进行 解调,实现了自解调测量。实验表明,该水声 传感器具有灵敏度高、结构简单、线性度 好和动态响应范围大(100 dB 以上) 等优点。
二 光纤光栅水听器
光强调制法
激光光强调制法FBG 水听器系统结构
二 光纤光栅水听器
• FBG 增敏法
• 对FBG 进行声增敏聚合物的封装, 将弹性聚合物材料与 FBG 紧密结合, 可以增大FBG 的灵敏度, 使波长漂移更加 明显。 • 文献表明, 这种增敏方法可以使FBG 探头的压力灵敏度增 大到17.3nm/MPa,约为裸纤FBG 压力灵敏度的2000 倍, 因此可以方便的检测出FBG 波长随声压的漂移。
二 光纤光栅水听器
• 一种匹配光栅结构水听器
• 为了提高光纤光栅水听器的灵敏度、低成 本的实现解调以及减少温度对声场探测的 影响，介绍一种新型的光纤布拉格光栅水 声传感器探头结构和相应的波长解调方法。
二 光纤光栅水听器
FBG 2 刚性结构 FBG 1 弹性材料
匹配光栅水听器探头横截面图
二 光纤光栅水听器
一 水听器的研究现状和发展方向
• 现有的水听器大都是压电陶瓷材料，输出阻抗 高，无法与信号采集设备的输入端匹配，需要通 过一个变压器进行阻抗变换。压电陶瓷感应的声 波信号非常微弱，无法远距离传输，必须每隔几 个传感器就设置一个采集站，或者采用对每个压 电传感器进行原位数模转换的方案。然而，无论 哪个方案，仪器的供电、密封、防止海水的腐蚀 都是一个非常困难的问题。
水下激光通信技术的发展现状及趋势
水下激光通信技术的发展现状及趋势一、概述水下激光通信技术是一种利用激光光束进行水下通信的技术。
相较于传统的水声通信和电磁波通信，水下激光通信具有更高的传输速率和更低的延迟，因此在海洋勘探、海底管道布设、海底机器人等领域有着广泛的应用前景。
二、发展现状1. 技术成熟度不高由于水下环境复杂，如海水中存在浮游生物、沉积物等，这些都会对激光光束产生干扰。
因此，目前水下激光通信技术尚未达到成熟阶段，还需要进一步完善。
2. 传输距离受限由于水下环境的限制，目前实际应用中水下激光通信的传输距离较短。
但是随着技术的进步和改进，相信这个问题也会得到解决。
3. 应用范围逐渐扩大尽管目前水下激光通信技术尚未达到成熟阶段，但是在海洋勘探、海底管道布设、海底机器人等领域已经有了广泛的应用。
同时，随着技术的不断进步，相信其应用范围也会逐渐扩大。
三、技术原理水下激光通信技术是利用激光光束进行水下通信的一种技术。
其基本原理是利用激光器发射出的激光光束进行信息传输。
在传输过程中，需要将信息转换成数字信号，并通过调制方式将数字信号转换成模拟信号。
然后将模拟信号通过激光器发射出去，在接收端通过接收器将接收到的模拟信号转换成数字信号，再进行解调和解码等处理，最终得到原始信息。
四、关键技术1. 水下激光器水下激光通信技术的核心部件是水下激光器。
目前，市场上已经有了一些商业化的水下激光器产品，但是这些产品还存在着一些问题，如功率不足、稳定性差等问题。
因此，未来需要进一步研究和改进水下激光器的设计和制造工艺。
2. 全息成像技术全息成像技术是一种将三维物体信息记录在二维平面上的技术。
在水下激光通信中，可以利用全息成像技术进行信息传输，从而提高传输速率和传输距离。
3. 自适应光学系统自适应光学系统是一种能够自动调节光束形状和相位的系统。
在水下激光通信中，可以利用自适应光学系统来消除水下环境对激光光束的干扰，从而提高通信质量。
五、发展趋势1. 技术不断改进随着技术的不断改进和完善，相信水下激光通信技术将会越来越成熟，并且应用范围也会逐渐扩大。
光纤水听器原理与应用综述
光纤水听器原理与应用综述光纤水听器（Fiber Optic Hydrophone）是一种利用光纤传感技术来检测和测量水中声波的设备。
它是通过将光纤传感器嵌入水下环境中，借助光纤的特性来检测水中的声波信号并转化为光信号，最后通过光纤传输到接收器进行信号分析和处理。
光纤水听器的原理基于压电效应。
当水中有声波通过时，声波将引起水的压力变化，并通过压电效应对光纤产生变形。
光纤中的压电传感器将压力变化转化为光的强度变化，即声波信号转化为光信号。
这种光信号通过光纤传输到接收器，再经过光电转换器转化为电信号进行分析和处理。
光纤水听器具有多个优点。
首先，光纤水听器具有高灵敏度和宽频率响应范围。
其灵敏度可达到零点几帕斯卡，而频率响应可达到几百兆赫兹，适用于各种声波信号检测和测量。
其次，光纤水听器具有较好的抗干扰能力，由于光纤本身的特性，其信号传输受到外界电磁干扰影响较小。
此外，光纤水听器还具有体积小、重量轻、安装方便等特点。
光纤水听器在海洋学、水声学、海洋资源勘探等领域具有广泛的应用。
首先，在海洋学领域，光纤水听器可用于测量海洋中的声波，监测海洋环境的变化和海洋生物的声音。
可以用于研究海洋动物的迁徙、繁殖和行为，对研究海洋生态系统和保护海洋生物资源具有重要的意义。
其次，在水声学领域，光纤水听器可用于声学通信和水声定位等应用。
光纤水听器可以对水下通信信号进行接收和传输，并可以通过测量音波传播的时间和距离，实现水下目标的定位和追踪。
再次，在海洋资源勘探领域，光纤水听器可用于探测海底石油、天然气等资源的存在，并进行相关的勘探工作。
然而，光纤水听器也存在一些挑战和限制。
首先，光纤水听器目前的灵敏度和频率响应范围仍有一定的局限性，对于低频信号的检测和测量效果有待提高。
其次，光纤水听器在实际应用中需要保持水下环境的稳定和光纤的保护，以确保光纤传感器的正常工作和长期使用。
综上所述，光纤水听器是一种利用光纤传感技术来检测和测量水中声波的设备，具有高灵敏度、宽频率响应等优点。
光纤水听器综述
光纤水听器及阵列综述马宏兰周美丽（天津师范大学电子与通信工程学院）摘要：为适应水声学应用特别是水下反潜战的需要 ,在光纤技术不断发展的基础上 ,光纤水听器应运而生。
光纤水听器是一种基于光纤、光电子技术上的新型水下声传感器 ,因其在军事、民用各领域应用广泛 ,目前光纤水听器在国内外发展迅速 ,已经到达实用状态。
全光光纤水听器系统的湿端采用全光实现,信号传感与传输皆基于光纤技术。
具有抗电磁干扰、重量轻和造价低等优点。
文章简述了光纤水听器的发展历史、现状 ,论述了光纤水听器阵列的原理及其应用前景。
关键词：光纤水听器多路复用技术阵列0引言：在光纤水听器的实际应用中，由于水下声场的复杂性，单元水听器很难获得目标的详细信息，因而需要将数百乃至上千个探测基元组成大的阵列，以获得更多水声场信息，通过水听器阵列完成声场信号的波束形成，实现对水下目标的定位与指向。
在2003年8月下水的美国最新型攻击核潜艇上，装备的舷侧阵就由2 700个光纤水听器基元组成【1】。
对于大规模的光纤水听器阵列，多达数十上百基元的光纤水听器光信号都是由同一根光纤传输的，在实际系统中，这种性能就是由光纤水听器的多路复用技术实现的。
可见多路复用是光纤水听器的核心技术。
1 光纤水听器的开发自1976年美国Bucar等人发表第一篇有关光纤水听器的论文【2】以来, 各工业发达国家的海军研究部门以及有关的研究和工业部门都在积极从事光纤水听器的研究和开发,尤其以美国最为突出。
美国海军研究实验室、美国海军研究生院和Litton制导和控制公司等先后研究开发了Maeh一Zehnder、Michelson干涉仪的光纤水听器, 主要结构有心轴型、互补型(推挽式) 、平面型和椭球弯张式等光纤水听器。
这些结构水听器达到的归一化灵敏度(△。
/ 。
△P）为适应水声学应用特别是水下反潜战的需要 ,在光纤技术不断发展的基础上 ,光纤水听器应运而生。
光纤水听器是一种基于光纤、光电子技术上的新型水下声传感器 ,因其在军事、民用各领域应用广泛 ,目前光纤水听器在国内外发展迅速 ,已经到达实用状态。
光纤水听器
光纤水听器一：光纤水听器原理光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器。
它通过高灵敏度的光学相干检测，将水声振动转换成光信号，通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息。
它具有灵敏度高，频响特性好等特点。
由于采用光纤作信息载体，适宜远距离大范围监测。
（一）光纤水听器的特点：1、灵敏度高，频响特性好;2、动态范围大;3、抗电磁干扰与信号串扰能力强;4、适于远距离传输与组阵;5、信号传感与传输一体化,提高系统可靠性;6、工程应用条件降低.（二）光纤水听器种类：光纤水听器是利用声波信号凋制光束来进行声/光转换.实现水下声信号检测的一种器件。
光纤水听器的种类很多，主要有两大类型：一类是调制型光纤水听器.利用光纤作为感应元件，通过调制光纤中的光束实现水下信号的检测;另一类是混合型光纤水听器，感应元件采用反射镜、光栅、光纤等器件。
研究最多的还是调制型光纤水听器.这类水听器又分为强度调制型和相位调制型两种。
目前，强度调制型光纤水听器主要有微弯型、受抑全内反射型和网络型三种。
相位调制型光纤水听器是根据Mach—Zehnder干涉仪原理制成的，因而不仅灵敏度高，而且动态范围大。
美国海军实验室、英国普菜西舰用设备公司和普莱西电子研究所对这种水听器的研究已达到相当的水平。
目前普遍认为，相位调制型光纤水听器是最有发展前途的水听器。
最近，美国海军研究学院研制出一种新型结构的相位调制型光纤水听器。
这是一种特殊结构的水听器，在弹性膜片上有4个扁球形柔性应变外壳。
扁球形外壳 的特点是将单端测量的压力转换成能被壳表面完全探测的差分应变。
这种扁球形外壳光纤水听器较之其它水听器(如平板、圆盘或圆柱体水听器)的优点是用— 个干涉仪就可测量出整个外壳表面上的不同灵敏度。
从已开发的干涉仪光纤水听器的结构来看，主要有心轴型、互补型和平面型等几种。
（三）基本结构：目前，干涉型光纤水听器技术最为成熟，其基本原理：由激光器发出的激光经光纤耦合器分为两路，一路构成光纤干涉仪的传感臂，接受声波的调制，另一路则构成参考臂，不接受声波的调制，或者接受声波调制与传感臂的调制相反，接受声波调制的光信号经后端反射膜反射后返回光纤耦合器，发生干涉，干涉的光信号经光电探测器转换为电信号，由信号处理就可以获取声波的信息。
光纤水听器的原理与应用
光纤水听器的原理与应用一、原理介绍光纤水听器是一种基于光纤技术的水声探测设备，可以通过光纤传输水下声波信号，并将其转化为电信号进行分析和处理。
其原理基于光纤的光机械、电机械特性以及水声传播的特性。
1. 光纤传输原理光纤是由光导纤维组成的，具有非常低的损耗和高的传输带宽。
当光信号通过光纤时，光纤的材料会对光信号进行衰减和散射，但总体上仍能够传输较长距离的信号。
2. 水声传播原理水声传播是指声波在水中的传播过程。
由于水的密度和压缩性较大，声速远远大于空气中的声速。
水中的声波信号可以通过传播介质的变化来传递信息。
3. 光纤水听器的原理光纤水听器利用光纤传输的特点和水下声波传播的特性，将水下声波信号转化为光信号，并通过光纤将其传输到接收端。
在接收端，光信号会再次转化为电信号，以供分析和处理。
二、应用领域光纤水听器在海洋科学研究、水生态环境监测、传感器网络等领域具有广泛的应用价值。
1. 海洋科学研究光纤水听器可以用于海洋动力学、声学海洋学等科学研究领域。
通过光纤水听器，科学家可以实时获取水中的声波信号，进而研究海洋中的生物、地球物理特性等，对海洋环境进行监测与研究。
2. 水生态环境监测光纤水听器可以用于水生态环境监测，对水体中的声波信号进行实时监测和分析。
这对于生物多样性研究、水污染监测、海洋生态保护等方面具有重要意义。
3. 传感器网络光纤水听器可以作为传感器网络的重要组成部分，用于实时监测海洋、湖泊、河流等水域中的声波信号。
通过部署大规模的光纤水听器网络，可以建立实时的水声监测系统，助力相关应用领域的研究和工程应用。
三、光纤水听器的优势相比传统的水声探测设备，光纤水听器具有以下优势：1.高灵敏度：光纤水听器能够捕捉到较低强度的水下声波信号，并将其转化为电信号进行分析。
2.高带宽：光纤传输具有较高的带宽，能够实现高速的数据传输和处理。
3.长距离传输：光纤水听器可以将声波信号长距离地传输到接收端，适用于大范围的水声监测。
DFB光纤激光器国内外发展状况
我国国内光纤激光器目前己经得到一定程度的发展，国内的一些单位如上海光机所、清华大学、北京邮电大学、华中科技大学、中国科技大学、天津大学等从八十年代末进入光纤激光器的研究领域，经过努力获得了一定进展。
国内开展光纤激光器和放大器方面的研究是从80年代末和90年代初开始的，首先在上海硅酸盐研究所、天津46所、上海光机所、西安光机所、清华大学、北京邮电大学等国内多见科研单位开展了掺饵光纤的研制及光纤激光器的研究，并取得了阶段性的成果[l5]。
南开大学、上海光学精密机械研究所在双包层光纤布拉格(Bragg)光栅激光器方面取得了开创性成果[16]，烽火通信科技股份有限公司与上海光机所于2005年合作，顺利研制出输出功率高达440W的掺臆双包层光纤激光器[17]，随后中国兵器装备研究院报道了突破IKW功率的光纤激光器，清华大学在多波长光纤激光器和锁模脉冲光纤激光器方面做了很多有进展性的工作[18-20]，总体来说，由于国内光纤激光器的研究受到基础条件方面的制约，同国际的研究水平还有相当大的差距。
国外有多个研究机构人员对DBR和DFB光纤激光器开展了全面的研究。
其中G.A.Ball所在的EastHartford联合科技研究中心最先开展了将光栅直接写在掺杂光纤上形成腔结构，泵浦光源通过WDM对其进行泵浦而得到激光输出，从而实现所谓DBR型光纤激光器[21-23]。
由于作为干涉光源以及传感等应用的背景，对单频操作DBR的研究广泛的开展起来。
利用短腔长高掺杂的DBR、复合腔结构或DFB结构等来实现稳定的单频操作一一被提出来。
Sigurd所在的澳大利亚的CRC光子中心对DFB光纤激光器进行了动态和多波长操作分析[24-25]，同时探讨了利用DFB光纤激光器对声响应的情况，并测试了DFB光纤激光器对空气中声场的响应;Scott 所在的澳大利亚的国防科学科技组织从理论到实验研究了DFB光纤激光器的空间模结构和动态噪声[26-27]，希望实现基于DFB光纤激光器的水听器;英国的那安普顿大学的Kuthan 等人从理论上提出了改变DFB光纤激光器对称结构从而实现提高输出效率降低泵浦域值目的[28]，同时研究了混合掺杂的DFB光纤激光器[29]，同样希望将其应用于传感领域。
光纤水听器工作原理
温馨小提示：本文主要介绍的是关于光纤水听器工作原理的文章，文章是由本店铺通过查阅资料，经过精心整理撰写而成。
文章的内容不一定符合大家的期望需求，还请各位根据自己的需求进行下载。
本文档下载后可以根据自己的实际情况进行任意改写，从而已达到各位的需求。
愿本篇光纤水听器工作原理能真实确切的帮助各位。
本店铺将会继续努力、改进、创新，给大家提供更加优质符合大家需求的文档。
感谢支持！(Thank you for downloading and checking it out!)光纤水听器工作原理一、光纤水听器概述光纤水听器定义光纤水听器是一种基于光纤传感技术的声波检测装置，它利用光纤的高灵敏度和抗干扰性能，将光信号与声信号进行有效转换，实现对水下声场的实时监测。
光纤水听器主要由光纤、光源、光探测器、信号处理单元等组成。
当声波作用于光纤水听器时，会引起光纤中光强的变化，通过检测光强的变化可以得到声波的频率、强度等信息。
光纤水听器的应用领域光纤水听器在多个领域具有广泛的应用，主要包括：海洋资源勘探：光纤水听器可用于海洋石油勘探、海底矿产资源调查等领域，通过监测声波信号，帮助科学家和工程师发现潜在的资源。
水下目标探测：光纤水听器可作为潜艇、水下无人机等水下航行器的声呐系统，用于探测水下目标，提高航行安全。
水声通信：光纤水听器可用于水下无线通信系统，通过声波传递信息，实现水下设备之间的通信。
海洋环境监测：光纤水听器可监测海洋声场环境，分析海洋生物的活动、海流速度等信息，为海洋环境保护提供数据支持。
声学研究：光纤水听器可用于声学实验室，研究声波在海洋中的传播特性，为声学理论的发展提供实验依据。
综上所述，光纤水听器作为一种高性能的声波检测装置，在多个领域具有广泛的应用前景，为科学研究和工程实践提供了强大的支持。
二、光纤水听器工作原理光纤水听器是一种基于光纤传感技术的设备，主要用于水下声波信号的探测和接收。
本文将介绍光纤水听器的工作原理，主要包括光纤传感技术基础和光纤水听器的工作原理两个部分。
光纤水听器阵列的工作原理
光纤水听器阵列的工作原理
光纤水听器阵列是一种用于水下声学信号接收和处理的设备，其工作原理涉及光纤传感技术和水听器阵列技术的结合。
首先，光纤水听器阵列利用光纤传感技术，将声音信号转换为光信号。
当水听器接收到水下声音信号时，水听器内部的传感器会将声音信号转换为微弱的光信号，并通过光纤传输到地面或水下的控制中心。
其次，光纤水听器阵列利用水听器阵列技术，将多个水听器分布在水下的不同位置，以实现对声音信号的多角度接收。
这些水听器通过光纤传输接收到的光信号传输到控制中心，经过信号处理和分析，可以确定声源的方向、距离和特性。
最后，控制中心对接收到的多个声音信号进行整合和分析，以重建水下声音场景，并提供水下声学监测、通信和定位等功能。
总的来说，光纤水听器阵列的工作原理是利用光纤传感技术将水下声音信号转换为光信号，并通过水听器阵列技术实现多角度接
收和控制中心的信号处理和分析，从而实现水下声学监测和定位等功能。
光纤水听器的研究与设计
光纤水听器的研究与设计作者：梁博来源：《科技资讯》 2015年第3期梁博(厦门大学电子工程学院福建厦门 361000)摘要:随着水听器技术的发展,光纤水听器是基于光纤、光电子技术的一种新型水听器,光纤水听器具有灵敏度高、频带宽、等优点,特别适合在空间受限、易爆等恶劣环境下使用[1-2]。
光纤水听器从基本原理上可分为强度调制型、相位调制型和光纤光栅型。
强度调制型水听器是指通过调制光纤中传输光的强度从而达到测量水下声波信号的目的。
这种类型的光纤水听器在很久以前便受到关注,研究开发较早,主要调制形式有光纤微弯式、光纤绞合式、受抑全内反射式及光纤光栅式等。
关键词:光纤水听器优点研究中图分类号:TN929 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)01(c)-0100-011 光纤水听器的类型:强度调制型水听器相位调制型水听器:相位调制型水听器是指通过调制光纤中传输光的相位从而达到测量水下声波信号的目的,主要包含有Michelson干涉式、Mach-Zehnder干涉式、F-P干涉式、Sagnac干涉式等,也称为干涉式水听器。
由Kent A.Murphy等人提出的基于 F-P结构的光纤传感器具有结构简单,制作小巧等优点而很快受到关注。
FPI光纤水听器正是利用光纤端面和薄膜构成Fabry-Perot(F-P)干涉仪的两个平行平面,当外界待测压力或者声波作用到传感器上时,将会导致薄膜发生形变从而引起F-P腔腔长的变化,通过从传感头返回干涉强度中解调出腔长的变化即可实现对外界声波的测量。
光纤光栅型水听器:光纤光栅水听器是以光栅的谐振耦合波长随外界参量变化而移动为原理。
它不但继承了传统光纤水听器探测灵敏度高、抗干扰抗腐蚀能力强、信号稳定便于全天候实时探测等特点,同时由于采用了FBG作为探头,结构更小巧便于实现传感微型化,具有优良的选频特性及声敏特性,并且可以通过波分复用技术方便地实现多点分布式传感。
基于分布反馈光纤激光技术的水听器研究进展
反潜作战、 海洋物探等领域的应用进展对水听器的灵敏度、 动态范围、 体积 、 重量指标提出了越来越高的 要求， 传统的压电型水听器已很难满足这种要求 ， 基于分布反馈光纤激光 （ Ｆ —Ｅ 技术 的水声传感器 以高 Ｄ Ｂｒ ） 灵敏度 、 大动态范围、 易于组成阵列 、 重量轻、 体积小等优势应运而生， 并获得 了很快 的发展 ， 目前 ， 发达 国家 已有计划将 Ｄ ＢＦ Ｆ ．Ｌ型水听器产业化 ， 装备部 队口。 』
收稿 日期 ：０８０ —０ ２０．３２ 基金项 目： 山东省 自然科学基金（０６ Ｒ ） ０２ ； ２ ｏｚ Ｃ １２ ）国家科技支撑计划项 目（０６ Ａ ０Ｂ ２ 。 Ｄ ２ ０Ｂ Ｋ ４ ０ ） 作者简介 ： （９７ ， ， ￣ １ 一）男 教授 ， ６ 博士 ， 事光纤传感方面研究工作 。Ｅｍ ： ａ ｊ ＠ｊ ｃｃ 从 － ｃｎｕ ｒ ．ｍ ｉｌ ｈ ｇ ｎ ｍ ｏ
ａ ａ ｏｓｔ ｉ ，ｌ ｈ ｗ ｉ ｔ ｍ ｌ ｓ ｅ ｔ．Ｗｅ ｐｅｅｔｉ ｏ ｒ ｃ ｌ，ｔｅ ｓｒｅｓｏ ｓ ｒ ｙｃｎｔ ｔ ｎ ｉ ｔ ｅ ，ｓ ａ ｉ ，ｅ ｒ ｉ ｏ ｕ ｇ ｇ ｈ ｌ ｚ ｃ ｒｓ ｔ ｗ ｒ ｐｉ ｉｅ ｈ ｕｖｙ ｆｉ ｎ ｓ ｋ ｎｐ ｔ
光纤光栅水听器研究进展
２ ０ ０ ７年 ， 清华 大 学杨剑 等 报道 了一种双 光 栅推 挽 式结 构 水听 器［ ７ ］ ， 采 用两 个 光栅 形成 推挽 式结 构 ， 同时形 成 了双 光栅 解调 光路 ，使系 统复 杂度 降低 。 这 种增 敏 结构 可使 Ｆ Ｇ Ｂ 的 声压 响应提 高 ６ ０ 倍 以
１ 研 究进 展
１ 。 １ 无源 光 纤光 栅 水 听器 无 源 光 纤光 栅水 听器 是 较早 被研 究 的一 种 。早 期 Ｎ Ｔ ａ ｋ ａ ｈ ａ ｓ ｈ ｉ 等研 制 的无 源 光纤 光栅 水 听器 是 以
、 ｌ
¨ Ｐ
刻 写在 光纤 上 的 单 个光 纤 布拉 格 光 栅（ Ｆ ＢＧ ） 为传 感 元 件 。图 １ 为无 源 型光 纤 光栅 水 声传 感系 统 ，光 纤 光栅 的载体 为普 通 单模 光 纤 ，光纤 内部无掺 杂 ， 当 Ｃ波 段 宽带 光源 （ １ ５ ３ ５ ～ １ ５ ６ ５ ｎ ｍ） 输 入 到光 纤光 栅
图 ２薄壳弹簧增敏结构
２ ０ ０ ８年 ，中船 重 工第 七一 五研 究所 联合 浙 江大 学 报 道 了一 种 采 用 金 属 弹 性 片 作 为 增 敏 结 构 的光
徐汉锋 等：光纤光栅水听器研 究进展 纤光栅水听器［ ９ 】 。探头结构如图 ３ 所示 ，利用端面
弹 性 膜 片 随 声 压 的 振 动 来 拉 动 光 纤 光 栅 使 其 产 生 形 变 ，可 以有 效提 高光 纤光 栅波 长 响应度 ，达 到增 敏 的 目的 。研 究 结果表 明，该 水 听器增 敏 了 １ ０ ０ ０ ０ 器 的 新 型 有 源 光 纤 光 栅 水 听 器 能 采 用 干 涉 仪 进 行 高 灵敏 度检 测 ，同时兼 具无 源光 纤光 栅 水听器 的优 点 ， 为光纤 激光 水 听器 的工程 应用 奠 定 了基础 。 １ ９ ９ ５ 年 ，Ｋ Ｐ Ｋｏ ｏ等提 出采用 线型腔 光纤激 光 器进 行传感 的报 导［ １ １ ， １ ２ Ｊ 。由两个 Ｆ Ｂ Ｇ 和一 段掺铒 光 纤 构成 Ｄ Ｂ Ｒ － Ｆ Ｌ 进行应 变传 感实验 ，谐振 腔有效 长 度为 ２ ． ５ ｃ ｍ。通 过 将 谐 振腔 贴 在 压 电 陶瓷 片 上 对 Ｄ Ｂ Ｒ－ Ｆ Ｌ施 加应 变 ， 采 用臂差 ９ ６ ｍ 的 Ｍａ ｃ ｈ — Ｚ ｅ ｈ ｎ ｄ ｅ ｒ 干 涉仪解 调信 号，获得 了 ５ ． ６ × １ ０ ｅ ／ Ｈｚ “ 的应变 传 感 精度 ，系统信 噪 比为 ４ ６ ｄ Ｂ。１ ９ ９ ６年 ，Ｋ Ｐ Ｋ ｏ ｏ等
光纤水听器工作原理
光纤水听器工作原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊光纤水听器的工作原理，这可真是个神奇的玩意儿啊！
你看啊，这光纤水听器就像是一个超级敏锐的小耳朵，专门在水下倾听各种声音呢。
它的核心就是那细细的光纤啦。
就好像我们的耳朵里有各种精巧的结构来接收声音一样，光纤水听器里的光纤也有着特别的本事。
想象一下，当水下有声音产生的时候，就像是水面泛起了一圈圈的涟漪。
这些声音的波动会让光纤发生微小的变化，就好像我们轻轻拨动一根琴弦一样。
光纤会把这些微小的变化准确地捕捉到，然后通过一系列复杂的过程，把声音的信息传递出来。
这多厉害呀！它能听到我们人耳听不到的声音，还能那么精准地捕捉到。
而且它还特别耐用，不像我们的耳朵那么容易受伤。
你说它是不是很牛？
光纤水听器就像是水下的音乐大师，能分辨出各种不同的声音旋律。
不管是鱼儿游动的声音，还是轮船航行的声音，它都能分得清清楚楚。
它在水下默默地工作着，为我们人类提供着各种重要的信息。
它也像是一个水下的情报员呢，随时向我们汇报水下的情况。
在海洋探索中，它可是立下了汗马功劳。
帮助我们了解海洋的奥秘，探索那些未知的领域。
真的很难想象，如果没有光纤水听器，我们对水下世界的了解会少多少啊！它让我们能更深入地了解海洋，就像给我们打开了一扇通往水下神秘世界的大门。
所以说啊，光纤水听器真的是个了不起的发明！它让我们能更好地探索水下世界，为我们的生活和科学研究都带来了巨大的帮助。
难道不是吗？。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光纤激光水听器的基本原理,国内外光纤激光水听器的研究进展以及发展趋
势
一、引言
声波是人类已知的唯一能在海水中远距离传输的能量形式。
水听器(Hydrophone)是利用在海洋中传播的声波作为信息载体对水下目标进行探测以及实现水下导航、测量和通信的一类传感器。
由于水下军事防务上的要求和人类开发利用海洋资源的迫切需要，水听器技术得到空前的发展。
传统的水听器包括电动式、电容式、压电式、驻极体式，等等。
20世纪70年代以来，伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展，光纤水听器逐渐成为新一代的水声探测传感器。
与传统水听器相比，其最大优点是对电磁干扰的天然免疫能力。
此外，光纤水听器还具有噪声水平低、动态范围大、水下无电、稳定性和可靠性高、易于组成大规模阵列等优点。
现有的光纤水听器包括光强度型、干涉型、偏振型、光栅型等。
其中，光纤激光水听器(FLH)就是一种光栅型水听器，但由于它的传感元件光纤激光器(又称有源光纤光栅)相比于无源光纤光栅具有高功率和极窄线宽的特点，配合上基于光纤干涉技术的解调方法，它的微弱信号探测能力相比于普通的无源光纤光栅水听器可以提高几个数量级。
压电式水听器和干涉式光纤水听器是目前应用最广泛的水声探测器件。
与干涉式光纤水听器相比，压电式水听器技术更加成熟，结构和制作工艺更简单，大规模生产时一致性可以得到相对较好的控制。
但是，防漏电、耐高温、长距离传输、动态范围大则是光纤水听器最大的优势。
尤其在一些特殊领域(例如高温高压的深井油气勘探领域)有着比压电水听器更为广阔的应用前景。
与干涉式光纤水听器相比，光纤激光水听器的最大优势在于易复用，即“串联即成阵”。
同时，受弯曲半径影响，干涉式光纤水听器的体积较大，水听器直径通常大于1cm。
而由于光纤激光型水听器结构简单，传感单元仅为一根光纤的尺寸，光纤激光水听器外径可细至4～6mm。
当然，受光纤激光器本身弦振动及系统1/f噪声影响，加速度响应较大、低频段噪声相对较高是目前光纤激光型水听器存在的主要问题之一，有。