[發明專利]一種適用于深海環境的光子晶體薄膜水聽器裝置

在審

• 申請號: 201711176056.2
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107966204A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 劉興宇;邵志強;孫權;崔洪亮;桂勇雷;鄧崇杰
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十九研究所
• 主分類號: G01H3/00
• 分類號: G01H3/00;G01H9/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 賈澤純

技術領域

本發明涉及一種光子晶體薄膜水聽器裝置。

背景技術

水聽器是把水下聲信號轉換為光電信號的換能器。聲波是人類迄今為止所知的唯一能在水下進行遠距離傳播的能量形式，因此，作為水下聲信號探測的主要裝備，水聽器在水下資源勘探、目標探測等等方面承擔著重要作用。

在進行水聲信號探測時，由于水下特殊的工作環境，特別是應用于深水的情況，水聽器往往需要承受上兆帕甚至幾十兆帕的靜水壓。靜水壓的存在會對水聽器的聲壓靈敏度等關鍵特性造成影響。

發明內容

本發明要解決現有水聽器水深耐壓不足的問題，而提供一種適用于深海環境的光子晶體薄膜水聽器裝置。

一種適用于深海環境的光子晶體薄膜水聽器裝置由激光器、第一光纖、耦合器、探頭、探測器及信號處理系統組成；

所述的激光器通過第一光纖與耦合器相連接，耦合器通過第一光纖分別與探頭、探測器相連接，探測器通過第一光纖與信號處理系統相連接；

所述的探頭由光子晶體結構、結構部分、反射膜及第二光纖組成；

光子晶體結構上設置多個第一通孔，結構部分上設置第二通孔，第二光纖耦合于光子晶體結構上，結構部分耦合于光子晶體結構及第二光纖上；

所述的第二光纖端面鍍有反射膜。

本發明的有益效果是：

光子晶體結構和光纖端面鍍的反射膜構成FP腔。光子晶體結構的反射性能是通過在光子晶體結構上制作第一通孔來實現，第一通孔使得光子晶體薄膜上的折射率呈周期性變化，周期性變化的折射率形成光子帶隙，位于光子帶隙之外的光子會被反射。

激光器發出的激光通過第一光纖和耦合器入射到第二光纖端面上沉積的反射膜和光子晶體結構上，入射光分別在光纖端面反射膜和光子晶體結構上發生反射，兩束反射光在光纖內部發生干涉。當水中有聲波信號傳播時，聲波信號作用于光子晶體結構上，引起光子晶體結構的起伏變化，光子晶體結構的變形通過FP腔轉換為反射激光強度的變化。光電探測器將光強信號轉換為電信號輸出，實現對聲波強度的測量。從結構及工作原理上看，該光子晶體薄膜水聽器兼具微機械水聽器、光子晶體材料和光纖水聽器的多重優點。

水中的靜水壓會隨著深度增加而巨大變化，深度每增加10m，靜水壓增加一個大氣壓。在很大的背景壓力下，水聽器的靈敏度需要能夠探測很小的壓力變化。水聽器探頭的結構部分及光子晶體結構分布著通孔，通孔的存在提供了壓力平衡的通道，使水聽器對靜水壓不敏感。

很多材料的敏感特性會隨著壓力的變化而改變，最終影響水聽器的靈敏度。因此，選擇對靜水壓不敏感的彈性固體材料，如：硅，作為光子晶體結構的材料。

本發明用于一種適用于深海環境的光子晶體薄膜水聽器裝置。

附圖說明

圖1為本發明一種適用于深海環境的光子晶體薄膜水聽器裝置的結構示意圖；

圖2為探頭的結構示意圖；

圖3為光子晶體結構的結構示意圖。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式，還包括各具體實施方式之間的任意組合。

具體實施方式一：結合圖1至圖3具體說明本實施方式，本實施方式一種適用于深海環境的光子晶體薄膜水聽器裝置由激光器1、第一光纖2、耦合器3、探頭4、探測器5及信號處理系統6組成；

所述的激光器1通過第一光纖2與耦合器3相連接，耦合器3通過第一光纖2分別與探頭4、探測器5相連接，探測器5通過第一光纖2與信號處理系統6相連接；

所述的探頭4由光子晶體結構7、結構部分9、反射膜11及第二光纖12組成；

光子晶體結構7上設置多個第一通孔8，結構部分9上設置第二通孔10，第二光纖12耦合于光子晶體結構7上，結構部分9耦合于光子晶體結構7及第二光纖12上；

所述的第二光纖12端面鍍有反射膜11。

本實施方式光子晶體結構7的反射性能是通過在光子晶體結構上制作第一通孔8來實現，第一通孔8使得光子晶體結構7上的折射率呈周期性變化，周期性變化的折射率形成光子帶隙，位于光子帶隙之外的光子會被反射。

本實施方式可將多個單模光纖耦合進水聽器探頭內部，每一根光纖端面鍍有反射膜，將其中的一根光纖連接到反射膜11。剩余光纖分別耦合到不同直徑的光子晶體結構7上，因為不同直徑的光子晶體結構7具有不同的聲順，所以能夠擴大該水聽器的探測范圍。

本實施方式的有益效果是：