水聽器(Hydrophone)是利用在海洋中傳播的聲波作為信息載體對水下目標(biāo)進(jìn)行探測以及實(shí)現(xiàn)水下導(dǎo)航、測量和通信的一類傳感器。由于水下軍事防務(wù)上的要求和人類開發(fā)利用海洋資源的迫切需要，水聽器技術(shù)得到空前的發(fā)展。傳統(tǒng)的水聽器包括電動式、電容式、壓電式、駐極體式，等等。

　　光纖激光器及光纖激光水聽器原理

　　分布式反饋(DFB)光纖激光器是通過在有源光纖上刻寫π相移光柵進(jìn)而形成的。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)、曝光時間、寫入柵區(qū)的長度、有源區(qū)摻雜濃度、耦合系數(shù)等。

　　通過工藝參數(shù)的控制，光纖激光器的線寬可以控制在10kHz以內(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。輸出中心波長會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會引起光纖徑向及軸向應(yīng)力，從而導(dǎo)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(jīng)過不斷發(fā)展，靈敏度和頻響特性逐漸優(yōu)化，光纖激光水聽器走向?qū)嵱谩?br />

　　光纖激光水聽器系統(tǒng)

　　一個完整的光纖激光水聽器系統(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(lián)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。在干端部分，泵浦源模塊為光纖激光器串提供泵浦光，反射回來的光信號先經(jīng)過非平衡光纖干涉儀進(jìn)行干涉，經(jīng)過密集型波分解復(fù)用器將不同波長的光信號分開進(jìn)入光電探測器陣列，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換及特定的解調(diào)算法，承載在光信號中的水聲信息就被還原出來了。

　　國內(nèi)外研究進(jìn)展與趨勢

　　濕端部分的水聽器探頭作為系統(tǒng)的最前端，其靈敏度、頻率響應(yīng)、穩(wěn)定性、抗加速度性能等決定了系統(tǒng)能否在復(fù)雜的水下環(huán)境中探測到有效的水聲信號。水聽器的設(shè)計及制造水平，對光纖激光水聽器技術(shù)最終能否實(shí)用化至關(guān)重要。許多國家的研究人員都對其進(jìn)行了深入研究。

　　國外主要的光纖激光水聽器研究單位包括美國海軍實(shí)驗(yàn)室(NRL)、英國防衛(wèi)研究局(DERA)、瑞典國防科研機(jī)構(gòu)(FOI)、澳大利亞國防科技組織(DSTO)等，部分研究成果已經(jīng)成品化，在軍事、海洋勘探等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

　　在我國，光纖激光水聽器技術(shù)主要集中在2000年以后，典型的研制單位包括中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、海軍工程大學(xué)、山東省科學(xué)院激光研究所等，山東大學(xué)、浙江大學(xué)、暨南大學(xué)等也開展了相關(guān)的基礎(chǔ)研究工作?，F(xiàn)階段我國大多數(shù)研制單位在探頭技術(shù)及復(fù)用技術(shù)的基礎(chǔ)研究中傾注更多精力。

　　光纖激光水聽器技術(shù)經(jīng)過二十年的發(fā)展，逐漸走向成熟，從實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究逐漸擴(kuò)展為應(yīng)用研究，并且開展了有針對性的水下應(yīng)用試驗(yàn)。一方面，我們看到了光纖激光水聽器有著獨(dú)特的優(yōu)勢，相關(guān)的應(yīng)用研究必然會得到更廣泛的關(guān)注，有著廣闊的應(yīng)用前景。另一方面，隨著研究的深入，更多的問題接踵而至，如系統(tǒng)的穩(wěn)定性、大規(guī)模復(fù)用、抗環(huán)境干擾等，成為目前亟待解決的問題?？傮w上講，我國的光纖激光水聽器技術(shù)發(fā)展水平與國際知名的團(tuán)隊(duì)相比，尚有五至十年的差距，開展好實(shí)用化研究是當(dāng)務(wù)之急。

　　了解了以上光纖激光水聽器的基本原理，及國內(nèi)外光纖激光水聽器的研究進(jìn)展以及發(fā)展趨勢和光纖激光水聽器技術(shù)方面的研究工作。相信你對光纖激光水聽器有了更深的了解，歡迎您來到第十一屆光電子·中國博覽會，本屆光電子·中國博覽會將于2019年8月5-7日在北京·國家會議中心舉辦。展會匯聚國內(nèi)外領(lǐng)先光電廠商，以搭建全球“創(chuàng)新型”展會為目標(biāo)，匯聚全球光電子行業(yè)領(lǐng)先資源，以及航天、航空、軌道交通、汽車工業(yè)、電力、石油等各領(lǐng)域龍頭單位的需求為出發(fā)點(diǎn)，積極搭建產(chǎn)學(xué)研究交流與合作的平臺。

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　　來源： 軍鷹資訊