Jag accepterar att kakor lagras på min dator

Läs mer

Fiber laser hydrophones, an introductory survey.

Fiber laser hydrophones, an introductory survey. Beställ tryckt exemplar Lägg i kundvagnen
Författare: Kullander Fredrik, Knuthammar Björn
Ort: Linköping
Sidor: 32
Utgivningsår: 2001
Publiceringsdatum: 2001-01-17
Rapportnummer: (FOA-R--00-01779-409)
Nyckelord hydrofoner, fiberoptisk sensor, interferometer, hydroakustik, hydrofonarray, hydrophone, fibre-optic sensor, hydroacoustics, hydrophone-array, E3026, 32
Sammanfattning Denna rapport är resultatet av en förstudie om fiberlasersensorer applicerade i försvarstillämpningar. Fiberlasersensorer karaktäriseras av extremt hög töjningskänslighet och liten fysisk storlek vilket är betydelsefullt i särskilda militära tillämpningar. Bland dessa har hydroakustiska arrayer som släpas efter farkoster, så kallade "towed arrays" befunnits vara särskilt intressanta och denna rapport fokuserar på aspekter relaterade till sådana. Potentiellt mycket lätta, tunna akustiska arrayer med upp till 100 akustiska element kan användas för speciella applikationer men även generellt i tillämpningar för släpade arrayer. En jämförelsevis kort, cirka 5 cm, enkelpolarisations DFB (distributed feedback) laser tycks vara den mest lovande konfigurationen för hydroakustiska tillämpningar. DBR (distributed Bragg resonator) är en annan laserkonfiguration som möjliggör en längre sensor än i DFB fallet (användbart t ex för att reducera hydrodynamiskt flödesbrus) och ger lägre brusnivå. Den kräver dock mer komplicerad signaldemodulering. Fiberlasrarna utgör i sig själva sensorelement som svarar på töjning med en ändring av den optiska frekvensen. De beläggs med elastoplastiska material för att förstärka (potentiellt upp till 50 dB) akustiska signalers inverkan på den optiska frekvensen. De kan pumpas seriellt genom fiberkärnan med utnyttjande av kommersiellt tillgängliga halvledarlasrar med uteffekter på cirka 100 mW. Flera element kan kaskadkopplas utan att nämnvärt öka systembrusnivån. Frekvensbrus, relativt intensitetsbrus, dynamiskt sving ligger på nivåer som medger detektion av akustiska signaler med amplitud ned till önskad nivå, SS0 (sea state zero). Potentiella problem inkluderar mixning av polarisationsmoder eller longitudinella moder, så kallade "hole burning" effekter samt bakåtreflekterat ljus ledande till laserinstabilitet.
Abstract This report is the result of a limited study of fiber laser sensors in defence applications. Fiber laser sensors have characteristics such as extreme strain sensitivity and small size which are useful in certain military applications. Among these, towed array sonar systems for underwater surveillance have been found to be of special interest and this report focus on aspects related to hydroacoustics. The potentially very lightweight and small-size sensor cable, including up to 100 acoustic elements should be useful not only in special applications within this field but also generally in various kinds of towed array applications. A comparably short, approximately 5 cm, single polarization distributed feedback fiber laser sensor element seems to be the most promising configuration for the hydroacoustic task. A distributed Bragg resonator is also a possible configuration enabling a much longer cavity with reduced noise figures and with an extended gauge length, (useful for flow noise reduction), but to the cost of more elaborate frequency interrogation. The fiber laser cavities, being the sensor elements responding with an optical frequency change to strain, are coated with elasto-plastic materials to provide acoustic gain (potentially up to 50dB). They can be serially pumped through the fiber core by means of conventional semiconductor pump lasers with output powers around 100 mW. Several elements can be cascaded, seemingly without degrading the system noise properties. Frequency noise, relative intensity noise and dynamic range have magnitudes which allow for threshold acoustic detection close to the desired levels, i.e. below the ambient acoustic noise of a calm sea (sea state zero). Potential problems of the technology include, polarization and longitudinal mode beating, hole burning effects and back scattered light leading to laser instability.

Kundvagn

Inga rapporter i kundvagnen

FOI, Totalförsvarets forskningsinstitut

FOI
Totalförsvarets forskningsinstitut
164 90 Stockholm

Tel: 08-555 030 00
Fax: 08-555 031 00

Orgnr: 202100-5182