光導(dǎo)纖維水聲探測概念介紹

光學(xué)介質(zhì)的調(diào)制效應(yīng)雖早已發(fā)現(xiàn)，但效應(yīng)十分微弱，一般不易測量。近年來低損耗光導(dǎo)纖維的研制成功和激光技術(shù)的發(fā)展，在技術(shù)上有可能使用長光導(dǎo)纖維和光頻外差檢測技術(shù)進(jìn)行水聲探測。1977年以來，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室J.A.布卡羅等人在這方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得了較大進(jìn)展。光導(dǎo)纖維水聲探測分為單模光纖（只通過一種光波振蕩模型）水聲探測系統(tǒng)和多模光纖（通過兩種以上光波振蕩模型）水聲探測系統(tǒng)兩種。前者的靈敏度高，但光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，使用條件要求高；后者靈敏度較低，但光學(xué)系統(tǒng)簡單，使用方便。

從激光器 O射出的振幅為E0的激光，被分光鏡a分成兩路：①測量光路。它的光振幅E1為 E1=E0exp{i【ω0t υ sin(ωst φ0)】}（公式1）

式中ω0為光波圓頻率；ωs為聲波圓頻率；t 為時(shí)間;φ0為兩路光波之間的固定相位差；為調(diào)制系數(shù);K=2π/λ為光波的波數(shù)；λ為光波的波長；p為聲壓；l為聲場作用下的光導(dǎo)纖維長度;n 為折射率；px為沿光波傳播方向的聲壓。這路光進(jìn)入測量光纖d ，激光輸出后經(jīng)過半透膜反射鏡e進(jìn)入光電探測器f。②參考光路。它的光振幅E2為 E2=E0exp(iω0t)

這路光通過調(diào)制器b進(jìn)入?yún)⒖脊饫wc，激光輸出后，到達(dá)半透膜反射鏡e，反射后進(jìn)入光電探測器f。這兩路光束在f的陰極的合成光場E為 E=E1 E2=E0exp(iω0t) E0exp{i【ω0t υ sin(ωstφ0)】}

若υ 很小，光電流ip可表示為 （公式2）式中常數(shù)C 由光電探測器陰極的量子效率、增益和光束孔徑確定。由此公式可見，光電探測器輸出的光電流的頻率等于聲波的圓頻率ωs，光電流的強(qiáng)弱隨調(diào)制系數(shù)υ而變，而υ 與聲壓P 成線性關(guān)系，因此聲壓的變化完全轉(zhuǎn)變成光電探測器的光電流的變化。

其工作原理有兩種：①在聲壓作用下，光纖中各個(gè)模之間相互干涉而產(chǎn)生相位的調(diào)制效應(yīng)；②在聲壓作用下,光纖發(fā)生微彎曲變形,使其中的蕊模和光纖表皮模間輸出的光能發(fā)生量的變化。

激光束進(jìn)入置于聲壓作用下的測量光纖d后,通過選模器g直接進(jìn)入光電探測器f，放大后進(jìn)行測量。

光導(dǎo)纖維對溫度、壓力、磁場等物理量的變化也有同樣的敏感特性，因此還可用來探測海流、海浪的變化。

J.A.Bucaro， Optical Fiber Acoustic Sensor，Applied Optics,Vol,16，No.7，pp.1761～1765，1977. 　T.G.Giallorenzi，et al.，Optical Fiber Sensor Technology，IEEE Journalof Quantum Electronics， Vol.QE-18，No.4，pp.626～665，1982.

水聲工程主要研究水聲技術(shù)、信號處理、水聲裝備研制等方面的知識和技能，涉及聲納總體技術(shù)、信號處理，傳感器及聲系統(tǒng)，計(jì)量與測試技術(shù)四個(gè)方向，在國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著重要作用。例如：超聲波在海中探測目標(biāo)，螺旋槳噪聲等水下噪聲的減弱，魚雷、回聲探測儀等水聲裝備的設(shè)計(jì)制造。

水聲工程主要研究水聲技術(shù)、信號處理、水聲裝備研制等方面的知識和技能，涉及聲納總體技術(shù)、信號處理，傳感器及聲系統(tǒng)，計(jì)量與測試技術(shù)四個(gè)方向，在國防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著重要作用。例如：超聲波在海中探測目標(biāo)，螺旋槳噪聲等水下噪聲的減弱，魚雷、回聲探測儀等水聲裝備的設(shè)計(jì)制造。

本書重點(diǎn)介紹水聲遙測的原理、系統(tǒng)和應(yīng)用技術(shù)。全書共分七章，第一章介紹了聲信號在海洋中的傳播條件；第二章介紹了遙測原理：第三章介紹了水聲通道傳輸測量結(jié)果，第四、第六和第七章分別介紹了海洋水文考察、捕撈船隊(duì)和海底設(shè)施應(yīng)用的水聲遙測系統(tǒng)。第五章專門介紹了水聲遙測在海軍中的應(yīng)用。 本書可供國防、海洋調(diào)查、海洋捕撈、水下工程等領(lǐng)域從事水聲遙測研究的人員和水下工程技術(shù)人員參考。