[发明专利]一种基于光载微波偏振态分离转换技术的干涉型光纤水听器

说明书

本发明公开了一种基于光载微波偏振态分离转换技术的干涉型光纤水听器，采用微波光子技术、偏振态分离转换技术实现了基于外差检测的干涉型光纤水听器系统，用于水声信号探测。其核心在于采用微波光子技术，产生中心波长λ₁和λ₂，频差为微波调制信号的双调制峰光谱信号作为系统输入；采用偏振态分离转换技术，将输入的光载微波信号分离为中心波长分别为λ₁和λ₂，偏振态垂直的两路信号，分别经过水听器的参考臂和传感臂，其中传感臂感受水声信号，相位信息发生改变；上述两束光合束后发生拍频干涉，解调该微波信号的频率相位即可达到探测水声信号的目的。本发明水听器具有动态范围大、检测精度高等特点。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于光载微波偏振态分离转换技术的干涉型光纤水听器。

背景技术

声波是在海洋中唯一能够远距离传播的能量形式，水声技术是当前研究和探索海洋的主要手段，水听器则是海洋中检测声波信号的基本器件。基于光纤传感原理的光纤水听器作为一种新型的水声探测器件，从其诞生之日起就展现出传统压电水听器无法比拟的优越性，如灵敏度高、带宽较宽、频响特性好、耐静水压、“湿端”全光、稳定性高、光缆更轻更小、耐高温、抗腐蚀性、传输距离远、可大规模复用等，已逐步取代传统的压电水听器成为水下声信号探测的主要手段。

在技术上，光纤水听器可分为强度型、偏振态型、相位干涉型和光纤光栅型，光纤激光器型等。相位干涉型光纤水听器通过高灵敏度的光纤相干检测技术，将水声信号转换成光信号，并通过光纤传至信号处理系统从而提取声信息，具有灵敏度高、便于复用等诸多优异的特性，在国内外研究最多，技术最成熟。目前实用化的光纤水听器均采用相位干涉型。

干涉型光纤水听器的结构主要有四种类型：Mach-Zehnder型干涉仪、Michelson型干涉仪、Fabry-Perot型干涉仪、Sagnac型干涉仪。前两种被研究最多，然而其存在一定不足，干涉仪中光源的相位噪声会转换为强度噪声，此外，两束相干光的光路不同，两束光的偏振态会发生随机波动，很难保持一致，这将导致干涉信号的对比度降低，严重情况下对比度甚至为零。因此，光纤水听器走向实用化仍有许多问题需要研究解决。

发明内容

本发明的目的在于针对干涉型光纤水听器现有的不足：偏振态随机波动，或者对低频信号不敏感等，提出一种基于光载微波偏振态分离转换技术的干涉型光纤水听器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于光载微波偏振态分离转换技术的干涉型光纤水听器，包括偏振分束/合束器一、偏振分束/合束器二、偏振分束/合束器三、偏振分束/合束器四、偏振干涉仪一、偏振态调节器一、偏振分束/合束器五、水听器参考臂光纤、 45°旋光器一、反射镜一、水听器传感臂探头光纤、45°旋光器二、反射镜二、偏振态调节器二、偏振分束/合束器六、偏振分束/合束器七、偏振分束/合束器八、偏振分束/合束器九、偏振干涉仪二、光电探测器和信号处理电路；

所述偏振干涉仪一由偏振分束/合束器一、偏振分束/合束器二、偏振分束/合束器三、偏振分束/合束器四组成，将双调制峰光谱的光载微波信号作为输入信号经偏振分束/合束器一分成两路，一路光直接入射进偏振分束/合束器二，另一路光依次经由偏振分束/合束器三、偏振分束/合束器四入射进偏振分束/合束器二，两路光在偏振分束/合束器二中合成一路，从而将谱峰对应的两个波长λ₁和λ₂的偏振态调整为一个偏振态保持不变，另外一个偏振态旋转90°的状态；