[发明专利]基于液晶法布里-玻罗谐振腔的光纤水听器及其制作方法

说明书

本发明提供一种基于液晶法布里‑玻罗谐振腔光纤水听器及其制备方法，包括：套筒、设置在套筒内的入射光纤和反射光纤、设置在入射光纤和反射光纤内的液晶，还包括薄板，所述薄板设置在套筒的一端且贴紧反射光纤，所述入射光纤端面上镀有光控取向膜，所述反射光纤端面上依次镀有高反射膜和光控取向膜。本发明采用聚二甲基硅氧烷套筒的伸缩作为声振动信号的载体，PDMS较小的杨氏模量会造成法布里‑玻罗腔腔长较大的变化，从而该结构有较大的声灵敏度；利用注入液晶的法布里‑玻罗谐振腔实现了游标效应，在压力变化相同数值的情况下得到的干涉光强变化更大的范围，从而进一步增大水听器的声灵敏度；本发明的结构易于制作和实现。

技术领域

本发明涉及一种光纤水听器及其制作方法，尤其涉及一种基于液晶法布里-玻罗谐振腔的光纤水听器及其制作方法，属于水声探测技术领域。

背景技术

在水中电磁波和光波的能量传播损耗比声波约大出三个数量级，而声波是能在海洋中远距离传输信息的有效载体。水听器是通过接收声波对水下目标进行探测、定位与识别的传感器。传统的压电水听器需要大量水下电子元件和信号传输电缆，存在价格昂贵、结构复杂、重量较大、密封性不好等问题。为了解决这些问题，大量学者研究基于光纤的水听器。光纤水听器的想法最早在1977年提出，之后各种各样的光纤水听器被研究发明出来。光纤水听器的原理是通过高灵敏度的光学相干检测，将水声振动信号转换成光信号，通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息。

法布里-玻罗谐振腔是一种多光束干涉设备，可以用来精准反馈测量不同入射波长的变化。法布里-玻罗型光纤水听器利用水下声场变化导致法玻腔腔长发生改变，从而其输出干涉信号的光程差和相位差发生相应的变化。1994年Kuzmenko等人提出光纤法布里-玻罗水听器，其中法玻腔由光纤端面和膜片的内表面构成,当外界水声振动信号传播到传感器外罩时,外罩将会以振动的形式将信号传递到传感器内部的空气中，空气的振动将会引起膜片的形变,从而导致法玻腔腔长的变化，实现对干涉信号的调制。2004年BTcox等人提出利用有机膜片制作出外径为125微米的光纤法布里-玻罗水听器，其测量分辨率小于10千帕，频响范围达到30兆赫兹，适合超声的测量。但是这些基于法布里-玻罗谐振腔的光纤水听器灵敏度普遍不高，不能在灵敏度要求更高的场合适用。

液晶是一种介于晶体与液体之间的物质，它兼有液体的流动性和晶体的各向异性。液晶的条状分子结构及其排列方向使其具有折射率各向异性。光纤法布里-玻罗谐振腔中填充液晶可以产生游标效应，游标效应会使得在相同的情况下得到的干涉光谱更加密集，从而在压力变化相同数值的情况下得到的干涉光强能够变化更大的范围，故可进一步提升水听器的声灵敏度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有光纤法布里-玻罗水听器灵敏度不高的问题而提供一种基于液晶法布里-玻罗谐振腔的光纤水听器及其制作方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于液晶法布里-玻罗谐振腔光纤水听器，包括：套筒、设置在套筒内的入射光纤和反射光纤、设置在入射光纤和反射光纤内的液晶，还包括薄板，所述薄板设置在套筒的一端且贴紧反射光纤，所述入射光纤端面上镀有光控取向膜，所述反射光纤端面上依次镀有高反射膜和光控取向膜

本发明还包括这样一些特征：

1.所述入射光纤和反射光纤的间距为50-500μm；

2.所述套筒的长度为1至2cm，所述光纤的直径为0.2-0.3mm；

3.所述水听器采用环氧树脂胶涂覆密封，所述套筒采用的材料为聚二甲基硅氧烷，薄板的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。

一种基于液晶法布里-玻罗谐振腔光纤水听器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：选取两根截面平整的单模光纤，入射光纤端面上镀有光控取向膜，反射光纤端面上依次镀有高反射膜和光控取向膜；