揭开水听器的神秘面纱

　　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。
 

　　水听器是通过在有源光纤上刻写π相移光栅进而形成的，其常见制作原理如图1所示。采用高压载氢方法进行有源光纤的增敏，利用248nm的准分子激光器配合相位掩模版采用遮挡法进行光纤激光器的制作。通过耦合模理论和仿真分析可以得到光纤激光器的π相移区、有源区介质参数、激光器温度分布对光纤激光器噪声特性的影响。激光的制作工艺参数主要包括准分子激光器的光强、曝光时间、写入栅区的长度、有源区掺杂浓度、耦合系数等。
 

　　通过工艺参数的控制，光纤激光器的线宽可以控制在10kHz以内。每一根制作好的光纤激光器都具有特定的输出中心波长。输出中心波长会因光纤激光器受到的外界作用而发生变化，例如温度、应力、压力等。当声压作用在光纤激光器上时会引起光纤径向及轴向应力，从而导致输出中心波长的变化，通过检测中心波长的变化可以还原水声信号，这就是光纤激光水听器的原理。早期的光纤激光水听器就是直接利用裸露的光纤激光器感受水声压，后来经过不断发展，灵敏度和频响特性逐渐优化，光纤激光水听器走向实用。
 

　　水听器统除了包括置于水环境中的光纤激光传感器探头，还包括船载或放在岸上的光纤激光解调设备，通常被分别称为“湿端”和“干端”，二者之间通过光缆连接。在湿端部分，由于光纤激光器具有波长编码特性，不同中心波长的光纤激光器可以被封装成不同的水听器单元，然后串联形成水听器阵列。这样，就可以仅通过一根光纤同时传输若干光纤水听器采集到的水声信息。