光導纖維水聲探測
正文
利用光導纖維的聲壓敏感特性而進行水聲探測的新技術。光導纖維受聲場作用時，折射率發生變化。聲波通過水介質傳播時，周期性的聲壓變化使置於水中的光導纖維變形或折射率發生變化，當雷射通過這種被聲壓調製的光纖後，它的相位或強度也被周期性地調製。利用光導纖維的聲壓敏感特性所研製成的聲光電水聲探測系統,稱為光導纖維水聲探測系統,或簡稱光導纖維水聽器。它比一般水聲探測系統具有敏感度高、頻頻寬、感測器形狀或尺寸可任意成形等優點。光學介質的調製效應雖早已發現，但效應十分微弱，一般不易測量。近年來低損耗光導纖維的研製成功和雷射技術的發展，在技術上有可能使用長光導纖維和光頻外差檢測技術進行水聲探測。1977年以來，美國海軍研究實驗室J.A.布卡羅等人在這方面進行了系統的研究，取得了較大進展。光導纖維水聲探測分為單模光纖（只通過一種光波振盪模型）水聲探測系統和多模光纖（通過兩種以上光波振盪模型）水聲探測系統兩種。前者的靈敏度高，但光學系統複雜，使用條件要求高；後者靈敏度較低，但光學系統簡單，使用方便。
單模光纖水聲探測系統 從雷射器 O射出的振幅為E0的雷射（圖1），被分光鏡a分成兩路：①測量光路。它的光振幅E1為
E1=E0exp{i【ω0t+υ sin(ωst+φ0)】}
式中ω0為光波圓頻率；ωs為聲波圓頻率；t 為時間;φ0為兩路光波之間的固定相位差；
為調製係數;K=2π/λ為光波的波數；λ為光波的波長；p為聲壓；l為聲場作用下的光導纖維長度;n 為折射率；px為沿光波傳播方向的聲壓。這路光進入測量光纖d ，雷射輸出後經過半透膜反射鏡e進入光電探測器f。②參考光路。它的光振幅E2為 E2=E0exp(iω0t)
這路光通過調製器b進入參考光纖c，雷射輸出後，到達半透膜反射鏡e，反射後進入光電探測器f。這兩路光束在f的陰極的合成光場E為E=E1+E2=E0exp(iω0t)+E0exp{i【ω0t+υ sin(ωst+φ0)】}
若υ 很小，光電流ip可表示為
雷射束進入置於聲壓作用下的測量光纖d後,通過選模器g直接進入光電探測器f，放大後進行測量。
光導纖維對溫度、壓力、磁場等物理量的變化也有同樣的敏感特性，因此還可用來探測海流、海浪的變化。
參考書目
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.
