[拼音]：guangdao xianwei shuisheng tance

[外文]：optical fiber acoustic sounding

利用光导纤维的声压敏感特性而进行水声探测的新技术。光导纤维受声场作用时，折射率发生变化。声波通过水介质传播时，周期性的声压变化使置于水中的光导纤维变形或折射率发生变化，当激光通过这种被声压调制的光纤后，它的相位或强度也被周期性地调制。利用光导纤维的声压敏感特性所研制成的声光电水声探测系统，称为光导纤维水声探测系统，或简称光导纤维水听器。它比一般水声探测系统具有敏感度高、频带宽、传感器形状或尺寸可任意成形等优点。

光学介质的调制效应虽早已发现，但效应十分微弱，一般不易测量。近年来低损耗光导纤维的研制成功和激光技术的发展，在技术上有可能使用长光导纤维和光频外差检测技术进行水声探测。1977年以来，美国海军研究实验室J.A.布卡罗等人在这方面进行了系统的研究，取得了较大进展。光导纤维水声探测分为单模光纤（只通过一种光波振荡模型）水声探测系统和多模光纤（通过两种以上光波振荡模型）水声探测系统两种。前者的灵敏度高，但光学系统复杂，使用条件要求高；后者灵敏度较低，但光学系统简单，使用方便。

从激光器 O射出的振幅为E0的激光（图1），被分光镜a分成两路：

（1）测量光路。它的光振幅E1为

E1=E0exp{i[ω0t+υ sin(ωst+φ0)]}

式中ω0为光波圆频率；ωs为声波圆频率；t 为时间;φ0为两路光波之间的固定相位差；为调制系数;K=2π/λ为光波的波数；λ为光波的波长；p为声压；l为声场作用下的光导纤维长度;n 为折射率；px为沿光波传播方向的声压。这路光进入测量光纤d ，激光输出后经过半透膜反射镜e进入光电探测器f。

（2）参考光路。它的光振幅E2为

E2=E0exp(iω0t)

这路光通过调制器b进入参考光纤c，激光输出后，到达半透膜反射镜e，反射后进入光电探测器f。这两路光束在f的阴极的合成光场E为

E=E1+E2=E0exp(iω0t)+E0exp{i[ω0t+υ sin(ωst+φ0)]}

若υ 很小，光电流ip可表示为

式中常数C 由光电探测器阴极的量子效率、增益和光束孔径确定。由此公式可见，光电探测器输出的光电流的频率等于声波的圆频率ωs，光电流的强弱随调制系数υ而变，而υ 与声压P 成线性关系，因此声压的变化完全转变成光电探测器的光电流的变化。

其工作原理有两种：

（1）在声压作用下，光纤中各个模之间相互干涉而产生相位的调制效应；

（2）在声压作用下，光纤发生微弯曲变形，使其中的蕊模和光纤表皮模间输出的光能发生量的变化（图2）。

激光束进入置于声压作用下的测量光纤d后，通过选模器g直接进入光电探测器f，放大后进行测量。

光导纤维对温度、压力、磁场等物理量的变化也有同样的敏感特性，海流、海浪的变化。

参考书目

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.

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