光导纤维水声探测单模光纤水声探测系统

从激光器 O射出的振幅为E0的激光，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)】}（公式1）

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(ωstφ0)】}

若υ 很小，光电流ip可表示为 （公式2）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。

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。

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。

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，因此还可用来探测海流、海浪的变化。

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.

水声工程主要研究水声技术、信号处理、水声装备研制等方面的知识和技能，涉及声纳总体技术、信号处理，传感器及声系统，计量与测试技术四个方向，在国防和经济建设中有着重要作用。例如：超声波在海中探测目标，螺旋桨噪声等水下噪声的减弱，鱼雷、回声探测仪等水声装备的设计制造。

水声工程主要研究水声技术、信号处理、水声装备研制等方面的知识和技能，涉及声纳总体技术、信号处理，传感器及声系统，计量与测试技术四个方向，在国防和经济建设中有着重要作用。例如：超声波在海中探测目标，螺旋桨噪声等水下噪声的减弱，鱼雷、回声探测仪等水声装备的设计制造。

本书重点介绍水声遥测的原理、系统和应用技术。全书共分七章，第一章介绍了声信号在海洋中的传播条件；第二章介绍了遥测原理：第三章介绍了水声通道传输测量结果，第四、第六和第七章分别介绍了海洋水文考察、捕捞船队和海底设施应用的水声遥测系统。第五章专门介绍了水声遥测在海军中的应用。 本书可供国防、海洋调查、海洋捕捞、水下工程等领域从事水声遥测研究的人员和水下工程技术人员参考。