一、引言
n -{G19? kfBVF%90 聲波是人類(lèi)已知的唯一能在海水中遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪芰啃问健?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=水聽(tīng)器',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_3">水聽(tīng)器(Hydrophone)是利用在海洋中傳播的聲波作為信息載體對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)以及實(shí)現(xiàn)水下導(dǎo)航、測(cè)量和通信的一類(lèi)
傳感器。由于水下軍事防務(wù)上的要求和人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用海洋資源的迫切需要，水聽(tīng)器技術(shù)得到空前的發(fā)展。傳統(tǒng)的水聽(tīng)器包括電動(dòng)式、電容式、壓電式、駐極體式，等等。
N$ H0o+9-Y 20世紀(jì)70年代以來(lái)，伴隨著光導(dǎo)纖維及
光纖通信技術(shù)的發(fā)展，光纖水聽(tīng)器逐漸成為新一代的水聲探測(cè)傳感器。與傳統(tǒng)水聽(tīng)器相比，其最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)電磁干擾的天然免疫能力。此外，光纖水聽(tīng)器還具有噪聲水平低、動(dòng)態(tài)范圍大、水下無(wú)電、穩(wěn)定性和可靠性高、易于組成大規(guī)模陣列等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有的光纖水聽(tīng)器包括光強(qiáng)度型、干涉型、偏振型、光柵型等。其中，光纖
激光水聽(tīng)器(FLH)就是一種光柵型水聽(tīng)器，但由于它的傳感元件光纖
激光器(又稱有源光纖光柵)相比于無(wú)源光纖光柵具有高功率和極窄線寬的特點(diǎn)，配合上基于光纖干涉技術(shù)的解調(diào)方法，它的微弱信號(hào)探測(cè)能力相比于普通的無(wú)源光纖光柵水聽(tīng)器可以提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
R1FBH:Iu `2? 9eXC 壓電式水聽(tīng)器和干涉式光纖水聽(tīng)器是目前應(yīng)用最廣泛的水聲探測(cè)器件。與干涉式光纖水聽(tīng)器相比，壓電式水聽(tīng)器技術(shù)更加成熟，結(jié)構(gòu)和制作工藝更簡(jiǎn)單，大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)一致性可以得到相對(duì)較好的控制。但是，防漏電、耐高溫、長(zhǎng)距離傳輸、動(dòng)態(tài)范圍大則是光纖水聽(tīng)器最大的優(yōu)勢(shì)。尤其在一些特殊領(lǐng)域(例如高溫高壓的深井油氣勘探領(lǐng)域)有著比壓電水聽(tīng)器更為廣闊的應(yīng)用前景。與干涉式光纖水聽(tīng)器相比，光纖激光水聽(tīng)器的最大優(yōu)勢(shì)在于易復(fù)用，即“串聯(lián)即成陣”。同時(shí)，受彎曲半徑影響，干涉式光纖水聽(tīng)器的體積較大，水聽(tīng)器直徑通常大于 1cm。而由于光纖激光型水聽(tīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳感單元僅為一根光纖的尺寸，光纖激光水聽(tīng)器外徑可細(xì)至 4～6mm。當(dāng)然，受光纖激光器本身弦振動(dòng)及系統(tǒng)1/f噪聲影響，加速度響應(yīng)較大、低頻段噪聲相對(duì)較高是目前光纖激光型水聽(tīng)器存在的主要問(wèn)題之一，有待進(jìn)一步摸索和改進(jìn)。
T'l >$6 gYx|Na,+ 二、光纖激光水聽(tīng)器基本原理
BXVmt!S5F { CkxUec ⒈ 光纖激光器及光纖激光水聽(tīng)器原理
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J]~LmSh 圖1.光纖激光器制備原理圖
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M 分布式反饋(DFB)光纖激光器是通過(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。激光器實(shí)物如圖2所示。
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WLEjRx 圖2.光纖激光器實(shí)物圖
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;|3K9 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以內(nèi)。圖3為通過(guò)外差法測(cè)試激光器的線寬，約為3kHz。
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