CN107421623B - 集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器及制备方法。包括两根单模保偏光纤、电信号放大器和压电陶瓷，两根单模保偏光纤的一个端面镀有氧化铟锡导电膜，在导电膜上涂有聚酰亚胺光控取向膜，两根单模保偏光纤的镀膜端对接且注有液晶，压电陶瓷通过导线与电信号放大器连接，电信号放大器通过导线连接两根单模保偏光纤上的氧化铟锡导电膜。通过压电陶瓷将声音信号转化成电信号，经放大后施加在液晶上，使得液晶分子方向发生偏转，改变了光纤中传输的光信号的强度，从而根据该光信号强度的变化解调出声信号的变化，进行声音信号的探测，实现基于液晶光纤水听器的探测功能。

Description

集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器及制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种光纤水听器，具体地说是一种基于液晶的压电陶瓷式非相干型光纤水听器。
背景技术
在水中电磁波和光波的能量传播损耗比声波约大三个数量级，因此，声波是能在海洋中远距离传输信息的最有效的载体。水听器则是通过接收声波对水下目标进行探测、定位与识别的传感器。传统水听器需要大量水下电子元件和信号传输电缆、价格昂贵、结构复杂重量较大、密封性不好等问题。基于这个原因大量的学者研究基于光纤的水听器。光纤水听器的想法最早在1977年提出的，从那以后各种各样的光纤水听器被研究了出来。原理是基于光纤单模干涉特性或布拉格光纤光栅，很多是强度调制、也有的涉及机械运动和微弯。其原理是将水声信号转换成光信号，并通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息。
单纯的光纤水听器，无论基于哪一种原理都离不开光的干涉，这样都必须克服比如结构复杂、高成本和过度灵敏等一系列问题，且光纤的弯曲、振动和温度等环境因素会引入很强的噪声，对信号的测量有很大的影响。如果有机的将传统水听器与光纤水听器相结合，能够克服传统水听器电缆通讯和密封性问题以及光纤水听器结构复杂等问题，这样的水听器系统就会兼顾两者的优点，将会是一个具有全新概念的水听器系统。在2012年澳大利亚的新南威尔士大学Zourab Brodzeli等提出了利用铁电液晶器件开展水听器系统的研究，这样的系统将会是具有上述特点的水听器系统，具有相当大的改进。但是他们将制作的玻璃盒结构的液晶器件与光纤机械的结合在一起，不容易实现光信号的反馈且结构复杂，不易小型化及集成,并且铁电液晶的使用还存在一些待解决的问题，比如液晶取向问题、盒厚控制问题等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、抗电磁干扰性强、抗环境干扰性强的集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器。本发明的目的还在于提供一种集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器的制备方法。
本发明的集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器包括两根单模保偏光纤、电信号放大器和压电陶瓷，两根单模保偏光纤的一个端面镀有氧化铟锡导电膜，在导电膜上涂有聚酰亚胺光控取向膜，两根单模保偏光纤的镀膜端对接且注有液晶，压电陶瓷通过导线与电信号放大器连接，电信号放大器通过导线连接两根单模保偏光纤上的氧化铟锡导电膜。
两根单模保偏光纤的镀膜端对接处涂由紫外固化胶固化后使得两根光纤与液晶成为一体。
所述液晶为扭曲排列的液晶层。
本发明的集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器的制备方法为：
步骤一，将端面平整的两根单模保偏光纤的一端端头去除1-1.5厘米长的涂覆层；
步骤二，对两根单模保偏光纤去除涂覆层处的侧面与截面进行氧化铟锡导电膜的镀制，厚度为100-200纳米；
步骤三，在氧化铟锡导电膜上涂覆一层100纳米聚酰亚胺光控取向膜，利用偏振紫外光照射进行光照，其光强为20毫瓦/平方厘米，照射10分钟，光控取向膜照射的取向方向为保偏光纤的保偏方向，在两根两根单模保偏光纤上分别标记液晶取向的方向；
步骤四，将两根两根单模保偏光纤的取向膜侧对接，使其取向膜的取向方向相互垂直，间距为4-6微米，注入各向异性的液晶材料；
步骤五，将两根单模保偏光纤导电膜用两根导线将电极引出，在单模保偏光纤之间的对接处涂覆厚度为200-300微米紫外固化胶，然后利用紫外灯照射强度为20毫瓦/平方厘米，照射5分钟进行固化，使得两根单模保偏光纤与液晶成为一体；
步骤六，将两根单模保偏光纤引出的两根电极线与通过压电陶瓷探测声音信号获得的放大的电信号的电信号放大器正负极相连接；
两根单模保偏光纤的另外两端作为光信号的输入与输出端，输出端进行光强度探测。
本发明提供了一种结构简单、抗电磁干扰性强、抗环境干扰性强的基于液晶的光纤水听器。本发明的基于液晶的水听器，将液晶集成于单模保偏光纤的端面，然后与压电陶瓷中获得的电信号相结合，实现基于光纤的非相干声音信号探测，将由压电陶瓷获得的电信号放大后，施加到集成在光纤端面的液晶上，通过液晶的电光效应，将电信号的变化转化为光纤中传输的光信号变化。
本发明集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器与现有的水听器的主要差别在于：本发明的集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器是将压电陶瓷中获得的电信号放大后施加到液晶上，通过液晶的电光效应，将电信号转化为光信号，光纤起到给液晶传送光信号并将调制后的光信号远程传输到水外。该方法没有利用复杂的光干涉技术、繁杂的电学系统以及软件解调输出信号技术。
这种液晶光纤水听器使用普通液晶，其响应速度通常在毫秒量级，而如果使用蓝相液晶或不被广泛使用铁电液晶可将这个速度提高两个数量级，达到一万赫兹。即使现在也可以测量上百赫兹的声音信号。
附图说明
图1是本发明的集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器的示意图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
结合图1，本发明的集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器包括两根单模保偏光纤5、电信号放大器6和压电陶瓷7，两根单模保偏光纤的一个端面镀有氧化铟锡导电膜3，在导电膜上涂有聚酰亚胺光控取向膜1，两根单模保偏光纤的镀膜端对接且注有液晶2，压电陶瓷通过导线与电信号放大器连接，电信号放大器通过导线连接两根单模保偏光纤上的氧化铟锡导电膜。两根单模保偏光纤的镀膜端对接处涂由紫外固化胶4固化后使得两根光纤与液晶成为一体。
将扭曲排列的液晶层集成于两根单模保偏光纤的一个端面上，两个光纤的另两端作为光信号的输入端与输出端。通过压电陶瓷将声音信号转化成电信号，经放大后施加在液晶上，使得液晶分子方向发生偏转，改变了光纤中传输的光信号的强度，从而根据该光信号强度的变化解调出声信号的变化，进行声音信号的探测，实现基于液晶光纤水听器的探测功能。
本发明能够克服传统水听器电缆通讯抗电磁干扰能力差和密封性差的问题以及干涉型光纤水听器结构复杂、成本高等问题。
本发明的集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器的制备方法为：
(1)选择端面平整的两根单模保偏光纤用作传输光信号，去除两根光纤靠近端头1-1.5厘米长度的涂覆层。
(2)利用JGP-450B型磁控溅射沉积系统对两根光纤去除涂覆层处的侧面与截面进行氧化铟锡导电膜的镀制，厚度为100-200纳米。
(3)然后在两根光纤端面的导电膜上涂覆一层100纳米聚酰亚胺光控取向膜，利用偏振紫外光照射进行光照，其光强为20毫瓦/平方厘米，照射10分钟，光控取向膜照射的取向方向为保偏光纤的保偏方向，在两根光纤上分布标记液晶取向的方向。
(4)将两根光纤的取向膜侧对接，使其取向膜的取向方向相互垂直，间距为4-6微米，选择低粘度高介电各向异性的液晶材料，注入其中。
(5)将两根光纤导电膜用两根导线将电极引出，在光纤之间的对接处涂覆厚度为200-300微米紫外固化胶，然后利用紫外灯照射强度为20毫瓦/平方厘米，照射5分钟进行固化，使得两根光纤与液晶成为一体。
(6)将光纤引出两根电极线与通过压电陶瓷探测声音信号获得的放大的电信号的正负极相连接，放大器需将电信号电压有效值放大到3-5伏。
(7)两根光纤的另外两端作为光信号的输入与输出端，输出端进行光强度探测。
本发明集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器的制备方法，在两根单模保偏光纤端面镀制氧化铟锡导电膜，在导电膜上涂一层聚酰亚胺光控取向膜，再将两根光纤的导电膜用两根导线将电极引出，然后在显微镜下将制作好的两根光纤端面进行对接，通过光谱仪测定间距，固定后注入液晶；将对接处进行紫外固化胶涂覆，进行紫外固化后使得两根光纤与液晶成为一体。

Claims (2)

1.一种集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器的制备方法，集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器包括两根单模保偏光纤、电信号放大器和压电陶瓷，两根单模保偏光纤的一个端面镀有氧化铟锡导电膜，在导电膜上涂有聚酰亚胺光控取向膜，两根单模保偏光纤的镀膜端对接且注有液晶，压电陶瓷通过导线与电信号放大器连接，电信号放大器通过导线连接两根单模保偏光纤上的氧化铟锡导电膜，其特征是制备方法具体包括如下步骤：
步骤一，将端面平整的两根单模保偏光纤的一端端头去除1-1.5厘米长的涂覆层；
步骤二，对两根单模保偏光纤去除涂覆层处的侧面与截面进行氧化铟锡导电膜的镀制，厚度为100-200纳米；
步骤三，在氧化铟锡导电膜上涂覆一层100纳米聚酰亚胺光控取向膜，利用偏振紫外光照射进行光照，其光强为20毫瓦/平方厘米，照射10分钟，光控取向膜照射的取向方向为保偏光纤的保偏方向，在两根两根单模保偏光纤上分别标记液晶取向的方向；
步骤四，将两根两根单模保偏光纤的取向膜侧对接，使其取向膜的取向方向相互垂直，间距为4-6微米，注入各向异性的液晶材料；
步骤五，将两根单模保偏光纤导电膜用两根导线将电极引出，在单模保偏光纤之间的对接处涂覆厚度为200-300微米紫外固化胶，然后利用紫外灯照射强度为20毫瓦/平方厘米，照射5分钟进行固化，使得两根单模保偏光纤与液晶成为一体；
步骤六，将两根单模保偏光纤引出的两根电极线与通过压电陶瓷探测声音信号获得的放大的电信号的电信号放大器正负极相连接；
两根单模保偏光纤的另外两端作为光信号的输入与输出端，输出端进行光强度探测。
2.根据权利要求1所述的集成液晶的压电陶瓷式非相干光纤水听器的制备方法，其特征是：所述液晶为扭曲排列的液晶层。
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