[发明专利]一种空气微腔式光纤水听器及制作方法和信号检测方法

权利要求书

1.一种空气微腔式光纤水听器，其特征在于，所述的水听器包括端面镀有光吸收材料的光纤以及位于光纤端面的空气微腔；所述的光纤浸入液体中，用于传导产生空气微腔所需的加热光以及传感器信号解调光；所述的空气微腔作为可压缩的法布里-珀罗腔，用于探测声波以及超声波信号，其中，光纤端面与空气微腔、空气微腔与液体的界面分别为法布里-珀罗腔的两个反射面；

其中，所述的空气微腔用光学加热手段直接在光纤端面生成，其生成过程具体如下：光纤端面涂覆的光吸收材料，吸收加热光后温度升高，使光纤端面附近液体发生汽化，形成附着于光纤端面的空气微腔。

2.根据权利要求1所述的一种空气微腔式光纤水听器，其特征在于，所述的空气微腔的直径大小通过调节加热光功率和加热时间参数控制。

3.根据权利要求1所述的一种空气微腔式光纤水听器，其特征在于，所述的光纤端面涂覆的光吸收材料为石墨烯或碳纳米管材料，也可以是金或者银薄膜或者纳米颗粒；所述的加热光的光源，可以为连续或脉冲调制光，可以为宽带或者窄带，波长范围包括可见到红外光波段。

4.根据权利要求1所述的一种空气微腔式光纤水听器，其特征在于，所述的空气微腔产生的液体环境是水、不同粘度或者化学特性的溶剂。

5.根据权利要求1所述的一种空气微腔式光纤水听器，其特征在于，所述的空气微腔的直径大小可在微米到几百微米范围内进行调节，通过在光谱仪的监测下，根据所述的空气微腔两个界面反射光的干涉谱计算腔长并调节加热光的光功率与加热时间，控制空气微腔的生长或者收缩过程至空气微腔的直径合适。

6.一种权利要求1至5任一所述的空气微腔式光纤水听器的制作方法，其特征在于，所述的制作方法包括以下步骤：

通过光纤切割刀在传输光纤一端制作光滑平整的端面；

通过蒸镀、溅射或者端面涂覆的方法在光纤端面结合一层光吸收材料，其中，光吸收材料可以为连续薄膜，也可以为纳米颗粒；光纤可以为普通单模或者多模光纤；

在光纤中通入加热光使位于光纤端面的光吸收材料温度升高并激发产生空气微腔；

根据要求控制并调节加热激光功率、加热时间参数产生不同直径大小的空气微腔。

7.根据权利要求6所述的一种空气微腔式光纤水听器的制作方法，其特征在于，所述的根据要求控制并调节加热激光功率、加热时间参数产生不同直径大小的空气微腔中空气微腔直径大小的控制过程如下：从第一激光发射器发出的加热光经可调谐光衰减器后，与通过环形器传输的第二激光发射器发出的探测光用波分复用器或光耦合器耦合至光纤端面，经空气微腔在光纤端面/空气微腔和空气微腔/液体两个界面的反射光，通过波分复用器或光耦合器后，加热光被滤除；探测光经过环形器耦合传输并耦合到光谱仪，通过解调测量的干涉谱得到精确的空气微腔直径大小，通过可调谐光衰减器控制加热光功率，调节空气微腔直径到理想设计值。

8.一种权利要求1至5任一所述的空气微腔式光纤水听器的信号检测方法，其特征在于，所述的信号检测方法包括如下步骤：

通过传输光纤向光吸收材料入射加热光，光吸收材料吸光升温汽化水并在光纤端面产生空气微腔，

通过伺服控制动态调节加热光的光功率，使空气微腔稳定工作于最佳线性工作点；

再通过传输光纤向空气微腔发射探测光，并接收空气微腔在光纤端面/空气微腔和空气微腔/液体两个界面的反射光；

解调反射光信号，获取待测声波或超声波信号。

9.根据权利要求8所述的一种基于空气微腔式光纤水听器的信号检测方法，其特征在于，所述的信号检测方法具体如下：

将从第一激光发射器发出的加热光经可调谐光衰减器后，与通过环形器传输的第二激光发射器发出的探测光用波分复用器耦合至光纤端面，并在光纤端面激发出空气微腔；

通过动态可调谐光衰减器调节加热光功率，获得稳定的空气微腔式光纤水听器；

经空气微腔在光纤端面/空气微腔和空气微腔/液体两个界面的反射光，通过波分复用器后，加热光被滤除；

探测光经过环形器耦合传输并耦合到光电探测器，并解调为关于待测声波、超声波信号。