[发明专利]一种抗偏振衰落干涉型光纤水听器系统

说明书

技术领域：

本发明涉及光纤传感及水声信号测量领域，具体涉及一种抗偏振衰落干涉型光纤水听器系统。

背景技术：

光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器，是一种新型光纤传感器，又称为光纤声呐。它通过高灵敏度的光学相干检测，将水声振动转换成光信号，通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息。它具有灵敏度高，频响特性好等特点。由于采用光纤做信息载体，适宜远距离大范围监测。光纤水听器主要用于海洋声学环境中的声传播、噪声、混响、海底声学特性、目标声学特性等的探测，是现代海军反潜作战、水下兵器试验、海洋、陆地油气勘探，地震检测等的先进探测手段。

光纤水听器按照原理分类有强度型、偏振型、相位干涉型等，其中相位干涉型光纤水听器因其灵敏度高、测量精度高而得到最广泛的应用。按照测量装置的结构和原理不同，相位干涉型光纤水听器又可以分为Michelson型、Mach-Zehnder型、Fabry-Perot型及Sagnac型。在干涉型光纤水听器的使用过程中，由于制造工艺欠完善等原因造成材料分布不均匀，导致单模光纤被弯曲、扭曲而产生形变和应力，导致光纤介质的光学各向异性，产生双折射，引起光的偏振方向随机改变。目前干涉型光纤水听器一般都使用普通单模光纤，光的偏振方向随机变化会致使干涉仪输出的可见度随机改变。发生干涉的两束光偏振态正交时，即两束光的振动方向垂直，会导致干涉仪的可见度为零，引起“偏振诱导信号衰落”现象的发生，限制了干涉型光纤水听器的应用范围。近些年来，人们通过采用使用保偏光纤，在Michelson干涉仪中使用法拉第旋转镜(FRM，Faraday Rotator Mirror),使用偏振控制器、偏振分集等方式降低甚至消除偏振衰落现象的发生，使用保偏光纤和偏振分集的方案虽然能在原理上避免偏振衰落的发生，但保偏光纤及相关器件成本偏高，特别是随着传感距离和规模的增加，系统成本将显著增加，不利于方案的实用化。偏振控制的方案适合实验室调试或者对实时性要求不高的场合，通过不断调试总能够找到最佳的偏振状态，然而对于自动化、集成化要求越来越高的水声传感领域，该种方式大范围应用受到明显的制约。目前应用比较广泛的在Michelson干涉仪中使用FRM的方案，由于FRM的成本明显高于普通反射镜，且其难于收纳的缺点在对阵列尺寸要求越来越高的背景下，限制了其进一步的应用。

由于水声探测的各种应用均对光纤水听器的相移灵敏度有足够高的要求，因此光纤水听器阵元必须要进行增敏处理才能满足要求，目前通用的方案是将干涉仪的信号臂缠绕在弹性介质上，但由于普通单模光纤的模场直径(MFD，Mode Field Diameter)较大(8～10μm)，当弹性介质外径进一步缩小(小于10mm)时，光纤水听器阵列的损耗将显著增加，直至返回“干端“，也即光电探测及解调系统的信号将无法被探测到，导致系统失效。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种抗偏振衰落干涉型光纤水听器系统。

本发明可以通过以下措施达到：