據傳感諸葛孔明微信公眾號，于2025年09月15日報道，看不見的光纖，正以極高的靈敏度聆聽著海洋深處的聲音。
在浩瀚的海洋中，隱藏著無數我們難以直接感知的聲音：潛艇的航行、地震的低鳴、石油礦藏的脈動，甚至是海洋生物的呢喃。如何清晰地捕捉這些聲音，一直是水下探測技術的核心挑戰。傳統的水聽器雖有一定成效，但在靈敏度、抗干擾能力和大規模組陣方面存在局限。而光纖水聽器（Fiber Optic Hydrophone, FOH）的出現，正悄然改變這一局面。
這是一種以激光通過光纖傳輸并感知聲波振動的新型傳感器，不僅具備極高的靈敏度和動態范圍，還能抵抗電磁干擾，適用于各種復雜海洋環境。它已成為現代水下探測系統中不可或缺的“耳朵”。
一、什么是光纖水聽器？
光纖水聽器是一種利用光學原理進行水聲信號探測的傳感器。其基本工作原理是：水下的聲波振動會使傳感光纖發生微小的形變，進而改變其中傳輸的光信號的相位或強度，通過解調這些光學變化，就能還原出聲音信號。
相比傳統的壓電水聽器，FOH具有以下幾大優勢：
1.高靈敏度：可探測極微弱的水聲信號；
2.抗電磁干擾：全光系統不受電磁場影響；
3.易于成陣：可在一根光纖上復用多個傳感器，實現大規模陣列；
4.耐腐蝕耐高壓：適用于深海極端環境。早在1977年，美國海軍研究實驗室（NRL）就發表了首篇關于FOH的論文，之后多個國家紛紛投入研發。我國雖起步較晚，但自上世紀90年代以來，也在該領域取得了顯著進展。
二、光纖水聽器的四大發展方向
1.大規模陣列：聽得更廣、更準
單個水聽器無法判斷聲音來源的方向，必須通過陣列布置并結合波束成形算法，才能實現定向探測。陣列規模越大，定向精度越高，探測距離也越遠。
國外如美國弗吉尼亞級核潛艇已裝備由2700個FOH組成的舷側陣列，而挪威Optoplan公司更是在北非海峽布放了16000個基元的FOH陣列，成為世界上最大規模的光纖傳感網絡。
我國國防科技大學等單位也實現了1024基元的大規模陣列，通過混合復用技術（時分、波分、空分），顯著提升了系統的探測能力。
2.低頻探測：捕捉“安靜”的目標現代水下目標的輻射噪聲越來越多地集中在100 Hz以下低頻段，而這恰好也是海洋背景噪聲最嚴重的區域。因此，低頻探測能力成為評價FOH性能的關鍵指標。
國防科技大學開發的低頻干涉型FOH，在10–2000 Hz范圍內靈敏度達到-116 dB，等效噪聲聲壓遠低于海洋背景噪聲，顯示出良好的應用前景。
3.深海遠程傳輸：走向深遠海深海中存在一種稱為“可靠聲路徑”的優良聲信道，位于臨界深度以下，傳輸損耗小、噪聲低。將FOH布放在此，可實現遠距離探測。
國防科技大學研制的FOH和FOVH（光纖矢量水聽器）均已通過66 MPa壓力測試，適用于6000米以下的深海環境。
遠程傳輸方面，摻鉺光纖放大器（EDFA）和拉曼放大器（FRA）技術的發展，使得FOH系統的傳輸距離可達數百公里。例如，國外研究團隊已實現500 km的中繼傳輸系統。
4.細線拖曳陣：小巧靈活，適用多平臺拖曳陣是FOH最早的應用形式之一，具有成本低、重量輕、濕端無源等優點。隨著無人潛航器（UUV）等小型平臺的應用需求增加，拖曳陣也朝著更細、更靈活的方向發展。
國內外已報道出外徑僅7.2 mm的FOH基元，以及12 mm的16元拖曳陣列，在低流噪聲環境下表現優異。
三、 關鍵技術突破：激光器與信號處理
1.低噪聲超窄線寬激光器光源的相位噪聲是干涉型FOH系統本底噪聲的主要來源。因此，低噪聲、超窄線寬的激光器成為關鍵。
國防科技大學陳偉團隊開發的布里淵摻鉺光纖激光器（BEFL），線寬可壓縮至Hz量級，相位噪聲低至-125 dB，頻率調諧速度快且穩定，極大提升了系統性能。
2.信號處理與解調技術FOH系統中，如何從光信號中高精度解調出聲學信號也是一大挑戰。常用的方法包括PGC（相位生成載波）、3×3耦合器解調、外差檢測等。
尤其是光纖矢量水聽器（FOVH），能同時獲取聲壓和三維矢量信息，通過聯合處理，可顯著提升定向精度和抗干擾能力。
四、新型光纖水聽器：向量與分布式的未來
1.光纖矢量水聽器（FOVH）FOVH能同時感知聲場的標量（聲壓）和矢量（振速）信息，具有心形指向性，能抑制各向同性噪聲，解決傳統聲壓陣的左右舷模糊問題。
國防科技大學研制的FOVH加速度靈敏度達49 dB，正交抑制比優于-52.9 dB，已在深海環境中完成16元垂直陣列測試。
分布式FOH基于光纖聲波傳感（DAS）技術，僅用一根光纖就能實現空間連續的聲音信號采集，結構簡單、可靠性高。
其核心挑戰在于如何提升聲壓靈敏度并抑制衰落噪聲。國防科技大學已研制出基于分立和連續增敏結構的兩種分布式FOH，并通過頻分復用、分集接收等技術有效抑制噪聲。
五、從實驗室走向海洋：實際應用與測試驗證任何先進技術最終都要通過實際應用的檢驗。光纖水聽器技術也不例外，近年來已在多個海洋環境中進行了實地測試，驗證了其卓越性能。
在南海進行的海上試驗中，單基元光纖矢量水聽器成功對10公里外的目標進行了穩定跟蹤，定向誤差小于10度。這一成果展示了FOVH在遠距離目標探測中的巨大潛力。
4元FOVH水平陣列測試進一步證明，矢量水聽器能有效解決傳統聲壓陣的左右舷模糊問題，提供更精確的目標定向信息。即使在復雜的海洋噪聲環境中，FOVH仍能保持穩定的探測性能。
深海測試更是驗證了光纖水聽器的耐壓性能和可靠性。國防科技大學研制的FOH和FOVH在66 MPa壓力下正常工作，相當于6000米水深的環境壓力，為深海探測應用奠定了堅實基礎。
六、技術挑戰與未來方向
盡管光纖水聽器技術取得了顯著進展，但仍面臨一些技術挑戰。遠程傳輸中的非線性效應、大規模陣列中的噪聲累積、深海環境下的長期穩定性等問題都需要進一步研究和解決。
未來，光纖水聽器技術將繼續向多個方向發展：靈敏度將進一步提升，以適應更微弱信號的探測；陣列規模將進一步擴大，實現更廣域的監測覆蓋；系統將更加智能化，集成人工智能算法實現自適應信號處理和目標識別。
同時，新型材料的應用、封裝技術的改進、功耗的降低等方面也將推動光纖水聽器技術的不斷創新。隨著量子傳感等新技術的引入，未來或許會出現更加革命性的水下探測方案。
七、結語：靜默中的技術革命
光纖水聽器技術從實驗室走向深海，從單一傳感器發展為大規模、多功能、智能化的陣列系統，其背后是光學、聲學、信號處理、材料學等多學科的深度融合。
隨著海洋資源開發、水下安全監控、地球物理勘探等需求的不斷提升，FOH技術將繼續向更低頻率、更遠距離、更高可靠性的方向演進。
尤其是在分布式傳感和矢量感知方面，FOH正在重新定義“水下聽音”的極限。這場靜默中的技術革命，才剛剛開始。
