CN107817043A - 一种空气微腔式光纤水听器及制作方法和信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气微腔式光纤水听器及制作方法和信号检测方法，其中，水听器由光纤以及光纤端面的空气微腔组成，空气微腔作为可压缩的法布里‑珀罗腔，感知外界压力改变引起的微腔长度或反射光干涉谱变化，实现声波以及超声波测量。本发明的空气微腔式光纤水听器制作方法简单，通过对镀有光吸收材料的光纤端面光学加热，使水汽化并在光纤端面形成空气微腔，一方面避免了复杂的光纤法布里‑珀罗腔结构制作和压力敏感薄膜焊接等工艺；另一方面以调节加热激光功率方式，实现对腔长的精确在线控制，克服了传统制作方法器件结构参数重复性不足的问题，并在单个传感器上实现测量范围及工作频带的动态调谐，提高传感器的适用性。

Description

一种空气微腔式光纤水听器及制作方法和信号检测方法

技术领域

本发明涉及压力测量装置技术领域，具体涉及一种空气微腔式光纤水听器及制作方法和信号检测方法。

背景技术

光纤法布里-珀罗光纤传感器结构简单、检测准确，是现有光纤水听器常见的一种，通常包括由光纤端面和膜片端面构成法布里-珀罗腔，当外界压力作用于法布里-珀罗腔内的弹性膜片上时，膜片发生形变，从而改变法布里-珀罗腔的腔长，通过检测腔长变化所引起的反射光干涉谱变化，便可以实现声波以及超声波的测量。因此目前大部分光纤法布里-珀罗水听器基于探测压力引起的弹性膜片形变(发明专利CN103091013，“微型SU-8光纤法布里-玻罗压力传感器以及制备方法”；发明专利CN101858809，“一种光纤法布里-玻罗压力传感器以及制备方法”；发明专利CN102384809，“无胶封装的高稳定性法布里-玻压力传感器以及制备方法”)，其结构制作通常包括在微小的光纤端面制作空心腔体并粘接微米甚至纳米厚度的膜片，过程较为复杂，对工艺要求较高；同时受限于加工精度，传感器如腔长、膜厚等结构参数的重复性难以得到保证；另一方面，传统光纤压力传感器的动态范围以及工作频带取决于其结构参数，单一结构的传感器具有其特定的适用范围，因此通常需要不同结构参数的器件交替使用以实现对不同强度以及频率范围信号的准确探测，降低了传感器的适用性以及灵活性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种空气微腔式光纤水听器及制作方法和信号检测方法，通过光学加热直接在光纤端面产生空气微腔，实现制作简单、重复性好的高灵敏度的声波探测，该传感器同时具有动态范围、工作频带动态可调谐的特性。

根据公开的实施例，本发明的第一方面公开了一种空气微腔式光纤水听器，所述的水听器包括端面镀有光吸收材料的光纤以及位于光纤端面的空气微腔；所述的光纤浸入液体中，用于传导产生空气微腔所需的加热光以及传感器信号解调光；所述的空气微腔作为可压缩的法布里-珀罗腔，用于探测声波以及超声波信号，其中，光纤端面与空气微腔、空气微腔与液体的界面分别为法布里-珀罗腔的两个反射面。

进一步地，所述的空气微腔用光学加热手段直接在光纤端面生成，其生成过程具体如下：光纤端面涂覆的光吸收材料，吸收加热光后温度升高，使光纤端面附近水发生汽化，形成附着于光纤端面的空气微腔。

进一步地，所述的空气微腔的直径大小通过调节加热光功率和加热时间参数控制。

进一步地，所述的光纤端面涂覆的光吸收材料为石墨烯或碳纳米管材料，也可以是金或者银薄膜或者纳米颗粒；所述的加热光的光源，可以为连续或脉冲调制光，可以为宽带或者窄带，波长范围包括可见到红外光波段。

进一步地，所述的空气微腔产生的液体环境是水、不同粘度或者化学特性的溶剂。

进一步地，所述的空气微腔的直径大小可在微米到几百微米范围内进行调节，通过在光谱仪的监测下，根据所述的空气微腔两个界面反射光的干涉谱计算腔长并调节加热光的光功率与加热时间，控制空气微腔的生长或者收缩过程至空气微腔的直径合适。

根据公开的实施例，本发明的第二方面公开了一种空气微腔式光纤水听器的制作方法，所述的制作方法包括以下步骤：

通过光纤切割刀在传输光纤一端制作光滑平整的端面；

通过蒸镀、溅射或者端面涂覆的方法在光纤端面结合一层光吸收材料，其中，光吸收材料可以为连续薄膜，也可以为纳米颗粒；光纤可以为普通单模或者多模光纤；

在光纤中通入加热光使位于光纤端面的光吸收材料温度升高并激发产生空气微腔；

根据要求控制并调节加热激光功率、加热时间参数产生不同直径大小的空气微腔。

进一步地，所述的根据要求控制并调节加热激光功率、加热时间参数产生不同直径大小的空气微腔中空气微腔直径大小的控制过程如下：从第一激光发射器发出的加热光经可调谐光衰减器后，与通过环形器传输的第二激光发射器发出的探测光用波分复用器或光耦合器耦合至光纤端面，经空气微腔在光纤端面/空气微腔和空气微腔/液体两个界面的反射光，通过波分复用器或光耦合器后，加热光被滤除；探测光经过环形器耦合传输并耦合到光谱仪，通过解调测量的干涉谱得到精确的空气微腔直径大小，通过可调谐光衰减器控制加热光功率，调节空气微腔直径到理想设计值。

根据公开的实施例，本发明的第三方面公开了一种基于空气微腔式光纤水听器的信号检测方法，所述的信号检测方法包括如下步骤：

通过传输光纤向光吸收材料入射加热光，光吸收材料吸光升温汽化水并在光纤端面产生空气微腔，

通过调节加热光的光功率，使空气微腔稳定工作于最佳线性工作点；

再通过传输光纤向空气微腔发射探测光，并接收空气微腔在光纤端面/空气微腔和空气微腔/液体两个界面的反射光；

解调反射光信号，获取待测声波或超声波信号。

进一步地，所述的信号检测方法具体如下：

将从第一激光发射器发出的加热光经可调谐光衰减器后，与通过环形器传输的第二激光发射器发出的探测光用波分复用器耦合至光纤端面，并在光纤端面激发出空气微腔；

通过可调谐光衰减器调节加热光功率，构成稳定的空气微腔式光纤水听器；

经空气微腔在光纤端面/空气微腔和空气微腔/液体两个界面的反射光，通过波分复用器后，加热光被滤除；

探测光经过环形器耦合传输并耦合到光电探测器，并解调为关于待测声波、超声波信号。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明的空气微腔式光纤水听器制作过程简单，通过传输一束激光到浸入液体中的光纤端面，对光纤端面进行加热从而直接在光纤端面形成空气微腔。该方法一方面避免了复杂的光纤法布里-珀罗腔结构制作以及压力敏感薄膜焊接等工艺过程，极大降低了制作难度；另一方面通过调节加热激光功率实现对腔长的精确控制，克服传统制作方法器件结构参数重复性不足的问题。另外，能够在单个传感器上实现测量范围及工作频带的动态调谐，满足不同应用场合需求，提高了传感器的适用性。

附图说明

图1是本发明实施例中空气微腔式光纤水听器的结构示意图；

图2是本发明实施例中空气微腔式光纤水听器的制作示意图；

图3是本发明实施例中空气微腔式光纤水听器中声波信号解调示意图；

图4是本发明实施例中空气微腔式光纤水听器和电学水听器对频率为48kHz正弦声波信号的输出电压信号对比图；

图5是本发明实施例中空气微腔式光纤水听器在固定频率(48kHz)正弦声波信号下的输出电压与声压大小的关系图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例首先公开了一种空气微腔式光纤水听器，包括端面镀有光吸收材料的光纤以及位于光纤端面通过光学加热方法产生的空气微腔。

采用本实施例的空气微腔式光纤水听器，通过光学加热方法在光纤端面产生空气微腔以形成法布里-珀罗干涉仪，其中光纤端面/空气微腔和空气微腔/液体两个界面的反射光发生干涉，形成干涉条纹。当空气微腔受到外界压力作用，其腔长会发生改变，并以光程差改变的形式表现为反射谱干涉条纹的变化。通过检测干涉谱波长漂移，实现对外界压力的测量。由于空气微腔采用光学加热方法产生，无需复杂的光纤空腔结构的制作以及空腔结构与薄膜的焊接，降低了制作难度和复杂度；用空气微腔/液体界面替代传统机械薄膜感受压力引起的形变，有效降低了膜片反复形变导致的薄膜材料疲劳等问题；相比传统结构固定的传感器，空气微腔的腔长以及相应的探测性能参数(动态测量范围和工作频率范围等)可以通过控制加热光的功率大小实现动态调节，因此可以根据不同应用需求灵活改变传感器性能参数，提高传感器的适用性。

本实施例进一步还提出一种空气微腔式光纤水听器的制作方法，包括以下步骤：

通过光纤切割刀制作光滑平整的光纤端面；

通过蒸镀、溅射或者端面涂覆等方法在光纤端面结合一层光吸收材料，材料可以为连续薄膜，也可以为纳米颗粒；光纤可以为普通单模或者多模光纤；

在光纤中通入加热光使位于光纤端面的光吸收材料温度升高并激发产生空气微腔；根据要求控制并调节加热激光功率、加热时间等参数产生不同直径大小的空气微腔。

空气微腔直径大小的控制过程如下：从第一激光发射器发出的加热光经可调谐光衰减器后，与通过环形器传输的第二激光发射器发出的探测光用波分复用器/光耦合器耦合至光纤端面。经空气微腔在光纤端面/空气和空气/液体两个界面的反射光，通过波分复用/光耦合器后，加热光被滤除；探测光经过环形器耦合传输并耦合到光谱仪，通过解调测量的干涉谱得到精确的空气微腔直径大小。通过可调谐光衰减器控制加热光功率，调节空气微腔直径到理想设计值。

本实施例进一步还提出一种基于空气微腔式光纤水听器的信号检测方法，可用于检测包括声波或者超声波在内的信号，具体包括如下步骤：

将从第一激光发射器发出的加热光经可调谐光衰减器后，与通过环形器传输的第二激光发射器发出的探测光用波分复用器/光耦合器耦合至光纤端面。在激发出空气微腔后，通过可调谐光衰减器控制加热光功率，构成稳定的空气微腔式光纤水听器。

经空气微腔在光纤端面/空气微腔和空气微腔/液体两个界面的反射光，通过波分复用器/光耦合器后，加热光被滤除。探测光经过环形器耦合传输并耦合到光电探测器，并解调成关于待测压力、声波的电信号。在信号解调过程中，根据光电探测器输出电信号中的直流成分，通过可调谐光衰减器对加热光功率进行动态反馈控制，稳定空气微腔大小，降低器件工作点漂移引起的信号衰落。

实施例二

本实施例公开了一种空气微腔式光纤水听器。参见图1，图1为本实施例空气微腔式光纤水听器的结构示意图，本发明实施例的空气微腔式光纤水听器，包括具有端面镀有光吸收材料11的传输光纤10、空气微腔20；其中，传输光纤10浸入液体中，空气微腔20位于光纤端面中心，空气微腔20构成法布里-珀罗腔。传输光纤10的端面与空气微腔20、空气微腔20与液体的界面分别为法布里-珀罗腔的两个反射面。

上述传感器中的空气微腔20，加工方便，并位于传输光纤10的端面正中心，空气微腔20的球心与光纤轴向中心具有较好的吻合；根据使用中的压力检测的需要，可以通过控制加热光的参数，对上述空气微腔20的直径大小在微米到几百微米范围内进行调节：具体在光谱仪的监测下，根据空气微腔两个界面反射光的干涉谱计算腔长并调节加热光的光功率与加热时间，控制空气微腔的生长或者收缩过程至空气微腔的直径(或法布里-珀罗腔的腔长)合适，调节精度比传统光纤法布里-珀罗腔采用切割方式来控制腔长更为精确。传输光纤10采用单模光纤或多模光纤切割而成。光吸收材料11根据材料特性不同可以通过蒸镀、溅射或者端面涂覆等方法与光纤10的端面结合，光吸收材料根据需要可以为石墨烯、碳纳米管材料，也可以是金或者银等薄膜或者纳米颗粒；采用的加热光源，可以为连续或脉冲调制光，可以为宽带或者窄带，波长范围包括可见到红外，或其它波段。

其中，传输光纤10用于传输产生空气微腔的加热光和声波等信号测量过程中所需的探测光。

本发明的上述空气微腔光纤水听器的压力感应原理与现有的法布里-珀罗干涉传感不同：现有的光纤法布里-珀罗传感器采用弹性薄膜作为敏感元件，通过检测外界压力对薄膜产生的形变引起的反射光干涉谱漂移，传感器的灵敏度取决于弹性膜片的机械特性，通常采用结构力学方法分析。本发明中，空气微腔20以空气和液体的界面作为传感元件，无法用传统的力学方法分析，需要从理想气体方程PV＝nRT出发，推到空气微腔20中气压P与气体体积V的关系，然后根据体积V与微腔直径R的关系推到得到微腔直径R随气压的变化关系，获得传感器灵敏度的数学表达式。本发明中的传感器结构无需光纤法布里-珀罗空腔结构以及弹性膜片，降低了制作难度和复杂度；在测量的过程中，空气与液体界面替代原薄膜，有效降低了传统膜片在压力作用下反复形变所导致的薄膜材料疲劳；空气微腔20本身的大小可以通过改变加热光的参数实现动态调节，以满足实际应用中压力信号探测对测量动态范围和工作频带的特异性需求，提高了传感器的灵活性与适用性。

本实施例进一步还提出一种上述空气微腔式光纤水听器的制作方法，进一步参见图2，图2为本发明实施例空气微腔式光纤水听器的制作方法示意图，具体包括步骤如下：

步骤S1、通过光纤切割刀在传输光纤10一端制作光滑平整的端面；

步骤S2、在上述光纤端面上镀一层光吸收材料11(本实施例中光吸收材料11示例性地选择金膜)，然后将镀有金膜的光纤端面浸入去离子水中；

步骤S3、将从泵浦光源205发出的波长为980nm的加热光经可调谐光衰减器206后，与通过环形器203传输的宽带光源201发出的探测光，通过波分复用器204耦合至上述浸入水中的光纤端面。光纤端面上的金膜吸收加热光(980nm)后温度升高并产生空气微腔20；

步骤S4、被空气微腔20的两个界面反射回的反射光(加热光、探测光)，通过波分复用器204后，加热光(980nm)被滤除，未被滤除的探测光经过环形器203耦合传输并耦合到光谱仪202。通过光谱仪202可得到反射探测光的干涉谱，通过干涉谱的变化调节可调谐光衰减器206控制加热光(980nm)的功率，构成稳定的空气微腔式光纤法布里-珀罗传感器。

其中，两个界面分别为传输光纤10的端面与空气微腔20界面、空气微腔20与液体界面。

并且在上述实施方式中，步骤S1中使用的光纤可以为普通单模或者多模光纤。

步骤S2中在光纤端面上结合一层光吸收材料的方法较多，蒸镀、溅射或者端面涂覆等方法均可。光吸收材料除了金膜以外还可以为石墨烯、碳纳米管材料或者纳米颗粒。光吸收材料的厚度为1-20nm。

步骤S3中采用的加热光源为发出980nm连续光的泵浦光源，要使空气微腔20产生，耦合至光纤端面的加热光(980nm)的功率阈值为10-200mW。

步骤S4中，通过干涉谱可以得到光谱上峰值所对应的波长信息，即可获得空气微腔式光纤法布里-珀罗传感器的腔长信息，空气微腔20的腔长与干涉谱之间的关系式为：其中，L表示空气微腔20的腔长，λ_m、λ_m-1分别表示光谱相邻的两个峰值的波长，n为空气折射率。调节可调谐光衰减器206控制加热光功率可引起腔长的变化，同时也会引起干涉谱的变化。因此，通过调节可调谐光衰减器206控制加热光(980nm)功率所引起的干涉谱变化，可以得到腔长满足使用需要的空气微腔式光纤法布里-珀罗传感器。

本实施例还进一步提出一种利用上述生产方法所生产出的空气微腔式水听器进行信号测量的方法，可用于检测包括声波或者超声波在内的信号，进一步参见图3，图3为本发明实施例空气微腔式水听器信号检测过程中的信号解调示意图，具体包括步骤如下：

步骤T1、从泵浦光源305发出的λ₁波长加热光经可调谐光衰减器304到达波分复用器303的λ₁波长输入端口；可调谐窄带激光器301发出的λ₂波长探测光从环形器302的第一端口1传输到第二端口2，到达波分复用器303的λ₂波长输入端口；加热光和探测光通过波分复用器303合束并耦合至空气微腔式光纤法布里-珀罗传感器的空气微腔20中；

步骤T2、被空气微腔20的两个界面反射回的λ₁波长和λ₂波长反射光，通过波分复用器303后，λ₂波长探测光经过环形器302的第二端口2传输到第三端口3，经过光电探测器306后转换成电信号，通过示波器308测量；

其中，两个界面分别为传输光纤10的端面与空气微腔20界面、空气微腔20与液体界面。

步骤T3、信号发生器311产生正弦信号作用于放置在水中的扬声器310，使其产生正弦声波信号。此声波信号同时作用于连接着电荷放大器307的电学水听器309与空气微腔20。

在上述实施方式中，步骤T1中耦合至空气微腔20的λ₁波长加热光其作用是为了稳定空气微腔20。窄带可调谐激光器301发出的光的λ₂波长设置在空气微腔式光纤法布里-珀罗传感器的制作过程中的干涉谱上斜率最大处所对应的波长。原因是设置在该处时，外界变化所引起的反射光的强度变化是最为明显的。

步骤T3中，电学水听器309可接收到0-100kHz的声波，其作用是为了标定空气微腔20所受到的声压大小。扬声器、电学水听器与空气微腔均放置在同一盛有水的水箱中。电学水听器与空气微腔尽可能靠近，同时在离扬声器40cm远处正对着扬声器的正中心。因此，空气微腔20所受到的声压大小与电学水听器所接收到的声压大小相同。将电学水听器309与电荷放大器307连接，可以把电学水听器309接收到的声信号转化为电信号，通过示波器308可观测此电信号，从而测得电学水听器309所接收到的声压大小。因此，可得知空气微腔20所受到的声压大小。需要注意的是，本实施例中的信号发生器311，扬声器310以及水听器309仅用于传感器标定用途。对于已标定的传感器，在实际信号测量过程中不涉及上述仪器设备。

上述声波探测过程的细节原理为，空气微腔20的腔长L变化与其所受到的声压P之间的关系式为：其中，ΔL与ΔP分别表示的是空气微腔20腔长的变化量与其所受到的声压的变化量。因此，当空气微腔20受到的声压发生变化时，腔长会随之发生改变。

当有正弦声波信号作用在空气微腔20上时，空气微腔20的腔长就会产生正弦周期的变化，从而使到达光电探测器306的λ₂波长反射光强度产生正弦周期的变化，光信号被转化为电信号后，从示波器308观测到的就是一个周期性的正弦电压曲线，进一步参见图4。图4为本发明空气微腔式光纤法布里-珀罗传感器对33kHz正弦声波信号的响应图。图5为本发明空气微腔式光纤法布里-珀罗传感器在48kHz正弦声波信号的不同声压大小下的输出信号曲线图。因此，可以从反射探测光信号转化的电信号中解调出待测声波信号。

上述实施例公开了一种基于空气微腔的光纤法布里-珀罗传感器及其制作与信号检测方法，通过光学加热产生空气微腔，无需复杂的光纤空腔结构制作与薄膜焊接过程，降低了制作难度和复杂度；用空气/水界面替代传统机械薄膜感受压力引起的形变，有效降低了膜片反复形变导致的薄膜材料疲劳等问题；相比传统传感器固定的动态测量范围和工作频率范围探测性能参数，空气微腔的腔长或探测性能参数可以通过加热光功率大小实现动态调节，能够灵活切换以满足不同应用场合需求，大大提高了传感器的适用性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空气微腔式光纤水听器，其特征在于，所述的水听器包括端面镀有光吸收材料的光纤以及位于光纤端面的空气微腔；所述的光纤浸入液体中，用于传导产生空气微腔所需的加热光以及传感器信号解调光；所述的空气微腔作为可压缩的法布里-珀罗腔，用于探测声波以及超声波信号，其中，光纤端面与空气微腔、空气微腔与液体的界面分别为法布里-珀罗腔的两个反射面。

2.根据权利要求1所述的一种空气微腔式光纤水听器，其特征在于，所述的空气微腔用光学加热手段直接在光纤端面生成，其生成过程具体如下：光纤端面涂覆的光吸收材料，吸收加热光后温度升高，使光纤端面附近水发生汽化，形成附着于光纤端面的空气微腔。

3.根据权利要求1或2所述的一种空气微腔式光纤水听器，其特征在于，所述的空气微腔的直径大小通过调节加热光功率和加热时间参数控制。

4.根据权利要求1或2所述的一种空气微腔式光纤水听器，其特征在于，所述的光纤端面涂覆的光吸收材料为石墨烯或碳纳米管材料，也可以是金或者银薄膜或者纳米颗粒；所述的加热光的光源，可以为连续或脉冲调制光，可以为宽带或者窄带，波长范围包括可见到红外光波段。

5.根据权利要求1或2所述的一种空气微腔式光纤水听器，其特征在于，所述的空气微腔产生的液体环境是水、不同粘度或者化学特性的溶剂。

6.根据权利要求1或2所述的一种空气微腔式光纤水听器，其特征在于，所述的空气微腔的直径大小可在微米到几百微米范围内进行调节，通过在光谱仪的监测下，根据所述的空气微腔两个界面反射光的干涉谱计算腔长并调节加热光的光功率与加热时间，控制空气微腔的生长或者收缩过程至空气微腔的直径合适。

7.一种权利要求1至6任一所述的空气微腔式光纤水听器的制作方法，其特征在于，所述的制作方法包括以下步骤：

通过光纤切割刀在传输光纤一端制作光滑平整的端面；

通过蒸镀、溅射或者端面涂覆的方法在光纤端面结合一层光吸收材料，其中，光吸收材料可以为连续薄膜，也可以为纳米颗粒；光纤可以为普通单模或者多模光纤；

在光纤中通入加热光使位于光纤端面的光吸收材料温度升高并激发产生空气微腔；

根据要求控制并调节加热激光功率、加热时间参数产生不同直径大小的空气微腔。

8.根据权利要求7所述的一种空气微腔式光纤水听器的制作方法，其特征在于，所述的根据要求控制并调节加热激光功率、加热时间参数产生不同直径大小的空气微腔中空气微腔直径大小的控制过程如下：从第一激光发射器发出的加热光经可调谐光衰减器后，与通过环形器传输的第二激光发射器发出的探测光用波分复用器或光耦合器耦合至光纤端面，经空气微腔在光纤端面/空气微腔和空气微腔/液体两个界面的反射光，通过波分复用器或光耦合器后，加热光被滤除；探测光经过环形器耦合传输并耦合到光谱仪，通过解调测量的干涉谱得到精确的空气微腔直径大小，通过可调谐光衰减器控制加热光功率，调节空气微腔直径到理想设计值。

9.一种基于权利要求1至6任一所述的空气微腔式光纤水听器的信号检测方法，其特征在于，所述的信号检测方法包括如下步骤：

通过传输光纤向光吸收材料入射加热光，光吸收材料吸光升温汽化水并在光纤端面产生空气微腔，

通过伺服控制动态调节加热光的光功率，使空气微腔稳定工作于最佳线性工作点；

再通过传输光纤向空气微腔发射探测光，并接收空气微腔在光纤端面/空气微腔和空气微腔/液体两个界面的反射光；

解调反射光信号，获取待测声波或超声波信号。

10.根据权利要求9所述的一种基于空气微腔式光纤水听器的信号检测方法，其特征在于，所述的信号检测方法具体如下：

将从第一激光发射器发出的加热光经可调谐光衰减器后，与通过环形器传输的第二激光发射器发出的探测光用波分复用器耦合至光纤端面，并在光纤端面激发出空气微腔；

通过动态可调谐光衰减器调节加热光功率，获得稳定的空气微腔式光纤水听器；

经空气微腔在光纤端面/空气微腔和空气微腔/液体两个界面的反射光，通过波分复用器后，加热光被滤除；

探测光经过环形器耦合传输并耦合到光电探测器，并解调为关于待测声波、超声波信号。