在美國最為先進的新型核潛艇——“弗吉尼亞”級潛艇中，為了提高反潛、反艦和遠(yuǎn)程偵察能力，裝備了大孔徑陣列光纖聲學(xué)傳感器系統(tǒng)，即光纖水聽器。它利用光纖和激光技術(shù)把目標(biāo)在水中傳播的聲音信號轉(zhuǎn)化為光學(xué)信息，從而使“弗吉尼亞”級潛艇能夠精準(zhǔn)識別和跟蹤目標(biāo)。光纖水聽器就像人類洞察汪洋的一雙“慧眼”。難怪美國海軍研究實驗室光纖水聽器的研究人員曾經(jīng)自豪地說：“屬于光纖水聽器技術(shù)的時代已經(jīng)到來！”

傳統(tǒng)聲吶偵聽難度大大增加

看似安寧的海洋，其實從來都不平靜。聲波是目前人類知道的唯一能夠在水中遠(yuǎn)距離傳播的物質(zhì)，而光和電磁波在水中傳播時很快就會被吸收。聲波不僅可以在水里傳得很遠(yuǎn)，而且當(dāng)聲波遇到海洋中的物體時，會被反射回來，不同頻率的聲波，在水中被吸收和反射的程度也不相同。人們根據(jù)聲波的這一特性發(fā)明了聲吶，用來進行水中探測、定位和通信。

但近年來隨著武器裝備的迅速發(fā)展和消噪技術(shù)的不斷進步，各類靜音效果良好的核動力潛艇以及AIP潛艇先后列裝各國海軍，利用傳統(tǒng)聲吶裝置進行偵聽的難度大大增加。反潛作戰(zhàn)成為當(dāng)今世界各國海軍公認(rèn)的最大難題之一。

2009年2月初，英國“前衛(wèi)”號彈道導(dǎo)彈核潛艇與法國“凱旋”號核潛艇在大西洋深海上演了“深情一吻”。當(dāng)時兩艘潛艇均在水下航行，而且艇上帶著核導(dǎo)彈，碰撞發(fā)生時，潛艇上共有約250名乘員，可竟然無人利用聲吶裝置發(fā)現(xiàn)對方。其實，自冷戰(zhàn)時代起，美國和西方國家就經(jīng)常派潛艇近距離監(jiān)視蘇聯(lián)的大型海上軍事演習(xí)，雙方潛艇發(fā)生相撞事件時有發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計，在北方艦隊和太平洋艦隊過去30年來進行軍事演習(xí)的海域，就曾發(fā)生過11起俄羅斯（前蘇聯(lián)）潛艇與外國潛艇相撞事故。俄核潛艇“庫爾斯克”號的沉沒引發(fā)了世人的種種猜測，其中有一種猜測就是認(rèn)為發(fā)生了潛艇相撞事件。

光纖水聽器引起各國關(guān)注

光纖水聽器是一種建立在光纖傳感和光電子技術(shù)基礎(chǔ)上的水下聲信號探測器。它通過高靈敏度的光纖相干檢測技術(shù)，將水聲信號轉(zhuǎn)換成光信號，并通過光纖傳至信號處理系統(tǒng)提取聲信號信息。它可以有效克服傳統(tǒng)的聲吶系統(tǒng)需要大量水下電子元件和信號傳輸電纜、價格昂貴、重量較大、密封性不好等問題，有效提高水聲信號的探測精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定度。

光纖水聽器技術(shù)的研究始于1977年，美國海軍實驗室Bucaro等人發(fā)表了光纖水聽器的首篇論文，作為未來聲吶系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，此后各國相繼開展了相關(guān)領(lǐng)域的研究。上個世紀(jì)70年代美國海軍研究實驗室就開始執(zhí)行光纖傳感器系統(tǒng)計劃，光纖水聽器是該實驗系統(tǒng)的重要內(nèi)容。隨后美國在海軍流動噪聲駁船系統(tǒng)上對塑料芯軸光纖水聽器進行了第一次海上實驗，并于1983年7月在巴哈馬群島成功部署。其后，美國海軍進行了多次拖曳式光纖水聽器陣列的海上實驗，并取得了重大成功。1988年美國海軍實驗室制訂了潛艇用“光纖水聽器系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)”，標(biāo)志著光纖水聽器邁向?qū)嵱梦淦飨到y(tǒng)的巨大進步。

除了美國以外，英、法、日等國也相繼開展光纖水聽器領(lǐng)域的研究。英國海軍特別關(guān)注的領(lǐng)域是利用陣列進行淺海監(jiān)視和海岸線監(jiān)控技術(shù)，成功研制出了光纖海底陣系統(tǒng)，光纖水聽器陣列技術(shù)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的可耗式低成本陣列器件，具有巨大的應(yīng)用價值。日本于上個世紀(jì)80年代開始光纖水聽器系統(tǒng)調(diào)研與開發(fā)研究，并于1995年制成原理樣機。除此以外，法國、意大利與挪威合作執(zhí)行全光纖光學(xué)水聽器線陣計劃，主要目的是發(fā)展靜態(tài)光纖水聽器陣列，并于2002年成功進行了海上試驗，這個項目也成為了歐洲長期防衛(wèi)聯(lián)盟項目的一部分。

水聽網(wǎng)可以軍民兩用

光纖水聽器與傳統(tǒng)水聽器相比，具有將大量單元信號經(jīng)由一根光纖傳輸從而形成大規(guī)模陣列的特殊能力，而且水聽器單元可以靈活設(shè)計，響應(yīng)帶寬寬，靈敏度極高，在信號傳輸和單元布設(shè)時無需擔(dān)心電磁環(huán)境的干擾，具有較好的系統(tǒng)穩(wěn)定性，具有組建形成光纖水聽器大規(guī)模探測陣列的巨大潛力，也就是可以形成一張巨大的洞察海底的“水聽網(wǎng)”。未來光纖水聽網(wǎng)將組成由岸基光纖列陣水聲綜合探測系統(tǒng)、陸地地面衛(wèi)星接收站以及空天探測衛(wèi)星編織成的一張?zhí)�、地、海的綜合探測網(wǎng)，形成涵蓋整個被探測區(qū)域的新型傳感網(wǎng)絡(luò)。

光纖水聽器既可用于現(xiàn)代海軍反潛作戰(zhàn)及水下兵器試驗檢測，又可用于海洋石油天然氣勘探，也可用于海洋地震波檢測以及海洋環(huán)境檢測，必將在軍民用領(lǐng)域極大促進海洋事業(yè)的發(fā)展。

早在2000年美國利通資源勘探儀器公司就與英國防衛(wèi)研究局成功開發(fā)出一套海洋陸地鉆孔成像系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的核心部件為96基元的8公里傳輸全光光纖水聽器系統(tǒng)，可以用于勘探地下石油或天然氣儲備。此外，為防止海洋平臺、水下儲油罐、海底電纜、海底輸油管線等設(shè)施出現(xiàn)泄漏或被破壞，都需要經(jīng)常觀測和檢查，這時光纖水聽器就可以發(fā)揮巨大的作用。

光纖水聽器的研究雖然取得了相當(dāng)大的進步，但是在工程實現(xiàn)和裝備化方面還面臨著諸多挑戰(zhàn)，是各國競相發(fā)展的重點方向。可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，它必將對人類開發(fā)和利用海洋發(fā)揮更大的作用！

信息來源：科技日報　編輯：茍麗麗