导　　师： 关柏鸥

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 暨南大学

摘　　要： 水听器在军事国防、水下通信、水下导航以及深海勘探等领域具有重要应用。光纤水听器具有灵敏度高、体积小、质量轻等优点,但传统的相位解调方式通常需要采用非平衡干涉仪等光学结构,容易受到偏振涨落的影响,且不利于大规模复用组网。针对这一问题,本论文提出新的研究方案:以正交双频光纤激光器作为传感基元,利用波纹膜片作为换能器件,将声压作用转化成以点载荷形式施加于光纤上的侧向压力,通过对拍频信号的解调实现高精度水下声波检测。与已有技术相比,我们的传感器能够波分/频分复用在一根光纤上,解决了复用组网的难题;射频域信号解调技术相对成熟,有效降低了光学信号解调的成本;两正交偏振模式源自同一激光腔,背景频率噪声大幅抵消。为实现高精度的声波信号检测,我们分别从两个层面入手开展工作:一方面,从传感基元入手,研究了灵敏度与激光腔长、载荷作用长度等参数的一般性决定关系,研究了传感器频率噪声机理,明晰了噪声强弱与激光有效腔长的依赖关系,理论研究发现点载荷情况下信噪比与腔长的平方根成反比;另一方面,从弹性膜片结构设计入手,研究了如何使声压信号更为有效地转化为光纤侧向载荷,研究结果表明,弹性波纹膜片型面因子q中的H/h对转化效率以及谐振频率有决定性影响,发现H/h值增大能有效提高换能时的转化效率和工作带宽。在此基础上,我们在实验上采用有效腔长约3 mm的正交拍频激光器作为传感基元实现了高精度水听器,在其工作带宽内平均声压灵敏度为185.7 kHz/Pa,在典型频率1 kHz处获最小可探测声压为74μPa/Hz1/2,与0级深海海况背景噪声相当。实验测得工作带宽为1.2 kHz,其动态范围达112 dB。通过对比不同腔长传感基元的响应结果,证实了缩短腔长对探测能力的提升效果,通过与平膜片作为换能器

关 键 词： 双频光纤激光器 光纤水听器 光纤光栅

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