[發明專利]一種具有準互易光路的光纖水聽器

無效

• 申請號: 201210173118.5
• 申請日: 2012-05-29
• 公開（公告）號: CN102721460A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 王夏霄;鄔戰軍;李傳生;李立京;于佳;馮秀娟;張晞;李彥
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及利用干涉光相位檢測聲壓的一種具有準互易光路的光纖水聽器。

背景技術

聲波是目前在海洋中能夠遠距離傳輸信息的最有效載體。在海洋中探測載有信號的聲波所形成的聲場的時空結構，是進行水下探測、識別、通訊及環境監測等的重要手段，它既可用于遠距離軍事目標探測，海底礦藏開發，魚群探測，還可以用于海洋動力過程(內波、環流)的遙測和海洋、陸地地震波檢測等。因此，先進的水聲探測技術對于國民經濟、國防建設和科學研究都有著重要意義。

光纖水聽器是于七十年代末發展起來的一種建立在光纖、光電子技術基礎上的水下聲波信號傳感器。它利用聲波調制光纖中光波的強度、相位、偏振態或其它參量來進行聲/光轉換，將水聲信號轉換成光信號，并通過光纖傳至信號處理系統提取聲波信號信息，其靈敏度與傳統壓電水聽器相比高三個數量級。光纖水聽器集光纖傳感器靈敏度高、頻帶響應寬、抗電磁干擾、耐惡劣環境、結構靈巧、易于遙測和構成陣列等優越性于一體，是光纖傳感技術研究的重要方向之一，也是新一代水聲傳感器的主要發展方向之一，它在軍事領域的研究與應用受到了各國軍方的高度重視。

自從1977年美國海軍實驗室Bucaro等人發表了第一篇關于光纖水聽器的論文以來，已經經過了三十年的研究與發展。特別是近年來，隨著光纖通信及光電子技術的迅速發展，光纖傳感技術日趨成熟，光纖水聽器也由實驗室研究走向工程應用，成為現代光纖傳感技術發展的重要方向，也是水聲傳感技術的主要發展方向。

光纖水聽器按原理可分為強度型、干涉型、光柵型等。其中強度型光纖水聽器的結構與信號檢測相對簡單，不存在干涉型光纖水聽器中存在的信號相位波動及偏振態隨機變化導致的信號衰落等問題，但是檢測靈敏度不及干涉型，也不利于組成陣列結構，有較大的局限性，是早期光纖水聲傳感技術研究的主要內容。隨著干涉型光纖水聽器研究的興起，其關鍵技術已經逐步發展成熟，在部分領域己經形成產品，光纖水聽器的研究熱點已經從強度型轉為干涉型。

干涉型光纖水聽器是基于光學干涉儀的原理構造，利用聲場對光纖中光波的傳輸相位進行調制，經過光纖干涉儀，將這種相位調制檢測并解調出來而實現聲傳感。能夠實現干涉型光纖水聽器的光纖干涉儀結構主要有四種，分別是Mach-Zehnder型干涉儀、Michelson型干涉儀、Fabry-Perot型干涉儀、Sagnac型干涉儀等。其中，Fabry-Perot型光纖水聽器靈敏度非常高，但它的動態范圍小，易受光路損耗變化的影響，特別是信號解調復雜，不適于復用技術，用于水聲傳感的研究較少。目前，被研究最多的是基于Mach-Zehnder干涉儀和Michelson干涉儀的光纖水聽器，也是技術最為成熟的干涉型光纖水聽器。但這兩種干涉儀存在固有的問題，比如由于兩干涉臂很難保證長度一致，在有些應用中還會人為地加大兩臂的光程差，這將會使雙光路干涉儀中光源的相位噪聲轉換為強度噪聲。此外，兩束相干光的光路不同，兩束光的偏振態會發生隨機波動，很難保持一致，這將導致干涉信號的對比度降低，嚴重情況下對比度甚至為零。而基于Sagnac型干涉儀的光纖水聽器雖然解決了偏振態隨機波動的問題，但由于Sagnac型干涉儀為互易光路系統，對于低頻信號存在固有的不敏感性，存在一定的局限。

發明內容

針對現有干涉型光纖水聽器存在問題：偏振態隨機波動的問題，或者對低頻信號不敏感等，本發明提出一種具有準互易光路的光纖水聽器。

本發明提出的具有準互易光路的光纖水聽器，包括光源、分路器、起偏器、相位調制器、延遲光纖、法拉第旋光器、保偏耦合器、聲探頭、補償光纖、以及光電探測器。

光源的尾纖同分路器的一個輸入端光纖熔接，光電探測器的尾纖與分路器的另一個輸入端光纖熔接；分路器的輸出端光纖同起偏器的輸入端光纖熔接；起偏器的輸出端保偏光纖與相位調制器的輸入端保偏光纖以45°熔接；相位調制器依次連接延遲光纖、法拉第旋光器和保偏耦合器；保偏耦合器的一個輸出端光纖與聲探頭的傳感光纖的輸入端光纖熔接，保偏耦合器的另一個輸出端光纖與補償光纖的一端光纖熔接，聲探頭的傳感光纖的輸出端光纖與補償光纖的另一端光纖以90°熔接；光電探測器的輸出端與信號處理電路相連接，光電探測器將得到的包含聲壓信息的干涉光信號轉換為電信號提供給信號處理電路，信號處理電路檢測該電信號獲取聲壓值，并且輸出，同時信號處理電路將該輸出信號施加到相位調制器上從而實現相位調制。