Схематическое представление гидрофона

Датчики, основанные на относительном движении находящихся одна напротив другой решеток

image59

Которой остается постоянным, но доля пропускающей площади может изменяться от 0,5 до 0 в зависимости от положения перемещаемой решетки. Легко понять, что 100% модуляция интенсивности достигается, когда решетки сдвинуты одна относительно другой точно на величину а. При этом подразумевается, что чувствительность к смещению и динамический диапазон регулируются вместе, и высокая чувствительность может быть получена за счет динамического диапазона или наоборот.

image60

Волоконно-оптические датчики с движущимися решетками могут применяться для измерения любого параметра, изменение которого может проявляться через относительное движение двух решеток. Одним из самых первых приборов, работающих по этому принципу, был волоконно-оптический гидрофон. В дальнейшем этот гидрофон был всесторонне изучен.

Схематическое представление гидрофона.

Свет из многомодового оптического волокна (Dupont PiFax S120, тип 30, 200 мкм, сердцевина со ступенчато изменяющимся показателем преломления PCS) коллимируется стержневой микролинзой с градиентным показателем преломления (GRINRod) и проходит через структуру дифракционных решеток, после чего фокусируется на входе выходного волокна второй микролинзой. Дифракционные решетки присоединены к двум гибким мембранам, расположенным сверху и снизу корпуса гидрофона. Прогиб мембран под воздействием переменного акустического давления приводит к относительному перемещению решеток, и, таким образом, модулирует количество излучения, проходящего между входным и выходным волокнами. В приборе использовался период решетки s, равный 10 мкм, с 50% периода (5 мкм), доступными для модуляции. Оптическая пропускная способность может быть описана как произведение трех множителей:

Доля света, первоначально запущенного во входное волокно, доходящая до выходного волокна в отсутствие структуры дифракционных решеток;

Доля света, падающего на структуру дифракционных решеток и проходящая через нее (функция s и относительного расположения решеток);

См. также:  Аморфные ферромагнитные сплавы

Доля света, проходящая через структуру решеток при нулевом порядке дифракции по отношению к общему количеству прошедшего света. Вид гидрофона в разрезе показан на рисунке.

image61

image62

Ключевой элемент гидрофона, модулятор на основе движущихся в противоположных направлениях дифракционных решеток, состоит из двух кусков покровного стекла размером 9×3 мм, 0,7 мм толщиной каждый, образующих подложки для 1,6 мм2 решеток. Они были изготовлены из 5 мкм полос с помощью маски из фоторезиста методом обратной литографии и 120 нм напылением хрома.