Fiber laser hydrophones, an introductory survey

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.