“锁相型分布式光纤微扰动监测仪”实现航行器声纹特征的探测

水底光缆是通信光缆敷设方式的一种。水底光缆是敷设于水底穿越河流、湖泊和滩岸等处的光缆。这种光缆的敷设环境比管道敷设、直埋敷设的条件差得多。水底光缆必须采用钢丝或钢带铠装的结构，护层的结构要根据河流的水文地质情况综合考虑。例如在石质土壤、冲刷性强的季节性河床，光缆遭受磨损、拉力大的情况，不仅需要粗钢丝做铠装，甚至要用双层的铠装。施工的方法也要根据河宽、水深、流速、河床、流速、河床土质等情况进行选定。

水底光缆的敷设环境条件比直埋光缆严竣得多，修复故障的技术和措施也困难得多，所以对水底光缆的可靠性要求也比直埋光缆高。

近期，南大光通信工程研究中心教授与学生携带自主研发的锁相型分布式光纤微扰动监测仪开展海洋环境下的分布式光纤水声探测试验。利用布置在港口的水下光缆监测港口航道，数据分析结果显示：该方案能够实现对海港内目标航行器声纹特征的探测以及海洋环境的感知。

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。

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。

新闻来源：南京大学光通信工程研究中心

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