分布反馈光纤激光水听器封装结构的设计

　　1　引言

　　分布反馈(Distributed　Feedback，DFB)光纤激光器近年来在水声探测领域得到了广泛应用，但作为一种结构细长型敏感元件，DFB光纤激光器在未经封装便用于探测的情况下，易受外界扰动影响而使其频响曲线出现较大起伏，诸多基于光纤激光器的水听器经测试所得到的频响曲线均出现了较大的起伏[1-5]。为了改善DFB光纤激光器的抗干扰能力，研究者们设计了不同结构的探头对它进行封装，以改善其水声探测性能。2005年，Scott　Foster等人提出的类似机械补偿机构的水听器在200Hz～2kHz获得了相对较平坦的响应曲线[6];2008年，他们又对该结构进行了进一步的研究和改善[7];2009年，Steven　Goodman等人在澳大利亚Jervis海湾进行的阵列试验表明，通过采取某种形式的探头对光纤激光器进行封装后，也获得了起伏在±1dB内的平坦频响曲线[8]。

　　上述研究表明，声波引起的光纤弯曲为DFB光纤激光器引入干扰的主要原因[9-11]，而其动态特性与激光器两端所受拉力有着密切联系[12]。因此，设计并采用适当的机械结构对DFB光纤激光器进行封装是消除外界扰动影响，解决DFB光纤激光水听器抗干扰问题，改善其水声传感特性的重要途径。

　　本文设计了一种利用开孔套管式结构进行封装的DFB光纤激光水听器。通过开孔套管的保护作用以及施加于光纤激光器两端的拉力，有效削弱了外界扰动带来的影响，抑制了水声探测过程中频响曲线的起伏。利用有限元软件ANSYS对开孔套管式结构进行了仿真分析，加工制作了DFB光纤激光水听器样品，并利用振动液柱法对其进行了水声试验研究。该封装结构增强了DFB光纤激光水听器的抗干扰能力，对其实用化具有非常重要的意义。

　　2　DFB光纤激光水听器封装结构

　　2.1　水听器封装结构设计

　　基于开孔套管式结构封装的DFB光纤激光水听器如图1所示。探头的主体为一个中段沿径向均布有4个长条形开口的套筒，长条形开口长度与激光腔长度对应;套筒两端内部灌注一定长度的聚氨酯，DFB光纤激光器张紧后被聚氨酯固定于开孔套筒的中心轴线上;套筒两端外径缩小，外部加工螺纹，可用于拧入固定螺帽;固定螺帽中间穿孔，DFB光纤激光器尾纤可从孔中穿出;尾纤外部套上尾纤套管，通过环氧胶与固定螺帽粘连，避免外界作用力直接作用到光纤上。

　　在较低频率进行水声探测时，套筒的结构对于声场的影响较小，故声压可直接作用于DFB光纤激光器及其两端的聚氨酯端面上。在声压作用下，聚氨酯发生变形，牵动DFB光纤激光器发生变形，从而引起激光腔出射激光波长的变化。由于套筒壁厚较大，且DFB光纤激光器被固定前施加了一定的张力，因此可有效避免外界振动引起的DFB光纤激光器的弯曲振动，减小外界干扰对激光器输出波长的影响。