基于高双折射光子晶体光纤的干涉型光纤水听器研究

光纤水听器在潜艇探测、海洋水声物理研究、石油勘探等方面具有重要的应用价值，是近年来光纤传感领域研究的热点。针对普通光纤水听器存在的偏振衰落、相位衰落、尺寸限制等问题，结合光电子学领域的另一前沿研究课题- - 光子晶体光纤，本项目提出采用高双折射光子晶体光纤实现声压传感的新方案，利用其高保偏、温度不敏感、低弯曲损耗等特性，有望突破光纤水听器性能进一步提高的瓶颈。项目采取理论和实验相结合的研究方案，探索光在高双折射光子晶体光纤中的传输过程及物理特性，采用弹性力学和有限元方法建立声压传感模型；研究压力增敏方案，设计并制作小型化光子晶体光纤水听器；分析光子晶体光纤水听器信号的特点，研究信号检测方案，搭建实验平台，测量其压力灵敏度特性，并与理论结果进行对比分析。本项目丰富了光纤水听器和光子晶体光纤的研究内容，同时为提高光纤水听器的性能并促进其进一步发展探索一条全新的技术途径。

本项目开展了干涉型光子晶体光纤水听器理论和实验研究，取得的主要成果包括：（1）利用COMSOL仿真软件建立了光子晶体光纤色散理论模型和仿真平台，搭建了一套高精度、宽波段光纤色散测量平台；（2）开展了基于光子晶体光纤的超连续谱研究，成功为色散测量系统研制了一套宽波段响应平坦的超连续谱光源；（3）建立了光子晶体光纤水听器压力传感模型，推导给出了声压相位灵敏度函数表达式，为探头设计和实验研究提供了理论依据；（4）建立了一套有效的光子晶体光纤与传统光纤之间的低损耗熔接方法；（5）设计并制作了基于Michelson干涉仪的小型化芯轴型光子晶体光纤水听器，并搭建了一套压灵敏度测量系统，对其声压灵敏度频响特性进行了测试，结果表明相对传统光纤水听器，光子晶体光纤水听器在声压灵敏度、偏振保持等方面具有优势。在本项目经费的资助下，发表相关学术论文15篇，其中SCI 收录9篇，参加国内外学术会议10人次，申请并获批国家发明专利2项，已培养硕士3名。