DE19708806C1 - Faseroptisches Sondenhydrophon - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein faseroptisches Sondenhydrophon zur Messung von Druckamplituden in einem flüssigen Medium mit einem optischen Koppler, der mit einem Ende in das flüssige Medium eintaucht und mit einer zeitlich hochauflösenden einen Fotodetektor enthaltenden optischen Reflexionsmeßanordnung.

Ein gattungsgemäßes Sondenhydrophon ist aus der EP 0354 229 B1 bekannt.

Bei der Charakterisierung von Wasserschallsignalen, speziell von Ultraschallfeldern und Schockwellen, werden "Hydrophone" verwendet. Der Großteil dieser Sensoren beruht auf dem piezoelektrischen Prinzip. Seit jüngerer Zeit werden sogenannte faseroptische Hydrophone verwendet. Die Anforderungen an die Bandbreite, räumliches Auflösevermögen und Empfindlichkeit dieser Meßmittel sind extrem hoch: Der Schalldruckverlauf muß örtlich und zeitlich hochaufgelöst aufgenommen werden. Die Sondengröße sollte dazu im Idealfall kleiner als ¼ (IEC 1102) der Wellenlänge des zu detektierenden Signals sein, bei ausreichender Bandbreite des Gesamtmeßsystems. Für Schallfelder mit z. B. 10 MHz Mittenfrequenz und 30% Bandbreite (typisch im medizinisch- diagnostischen Bereich) müßte der Sondendurchmesser dann im Bereich von 30 µm liegen.

Generelles Problem aller derartiger Sensoren ist es, eine ausreichende Empfindlichkeit bzw. Signal zu Rausch (S/R)- Verhältnis zu behalten, wenn ihre Abmessungen denen eines idealen Sensors auch nur nahekommen.

Für bestimmte Einsatzgebiete weisen faseroptische Hydrophone Vorteile auf. Dabei lassen sich prinzipiell zwei Funktionsweisen dieser optischen Sensoren unterscheiden: Ein Typ basiert auf kohärenter optischer Interferometrie, mittels derer die Längenänderungen eines Sensormediums, zum Beispiel PVDF-Folie [Dor95], Membran [Bac 88], oder der optischen Faser selbst zum Beispiel [Koc 95] und US 4,536,861 detektiert wird. Ein zweiter Typ, das optische Reflexions-Sondenhydrophon gemäß EP 0354 229 B1, basiert auf der Messung der Modulation der Lichtintensität, hervorgerufen durch die Druck- bzw. Dichteschwankungen am Faserende bei Druckwelleneinfall.

Bei dem ersten Typ, den "interferometrischen" Hydrophonen, existiert gemeinhin eine inhärente Bandbreitenbegrenzung aufgrund mechanisch/akustischer Eigenresonanzen des Sensormediums ähnlich wie bei den piezoelektrischen Hydrophonen. Demgegenüber ist der zweite Typ, der "Reflexionssensor", nur durch die Elektronik des Photodetektor/Verstärkersystems in der Bandbreite begrenzt. Gemeinsamer Vorteil der genannten optischen Detektionsprinzipien ist die Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Einstrahlung durch den jeweiligen Schallgeber in das Sensorende selbst.

Das Prinzip des faseroptischen Reflexions-Sondenhydrophon, auf welchem die vorliegende Erfindung aufbaut, ist in der EP 0354 229 B1 angegeben. In einer weiteren Veröffentlichung (Sta 93) sind Experimente mit diesem Aufbau beschrieben worden, wobei eine Multimodefaser als Lichtleitfaser verwendet wird und die Verwertung des Signals ohne Entfaltungsroutinen erfolgt. Nur eine digitale Computeranalyse unter Annahme eines zeitlich exponentiellen Abfalls der Druckverdoppelung vor dem Faserende ist erwähnt.

Die technischen Daten der bekannten Ausführungen weisen eine Druckauflösung bei Einzelpulsen von ca. 1MPa als theoretisches Limit [Sta 93] auf; es liegt bei den veröffentlichten Messungen offensichtlich höher. Der Grund dafür, daß die optimale Auflösung in den bekannten Ausführungformen des faseroptischen Sondenhydrophons nicht erreicht wird, liegt in den zusätzlichen Rauscheinflüssen. Hierzu trägt unter anderem das für Multimodefasern typische Modenrauschen bei. Die bisherigen Veröffentlichungen verweisen außerdem nur auf Messungen im hohen Druckbereich (< 10 MPa Spitzendrücke), wie sie bei Lithotriptoren im Fokusbereich vorkommen.

Das faseroptische Reflexions-Sondenhydrophon gemäß EP 0354 229 B1 läßt sich bisher am weitesten an den Idealsensor in bezug auf Größe und Bandbreite annähern.

Jedoch ist die Hauptschwierigkeit beim Einsatz des faseroptischen Reflexions-Sondenhydrophon das relativ schlechte S/R-Verhältnis. Für die Vermessung von Schockwellen (Kbar-Bereich) ist eine Auflösungsgrenze von einigen MPa unkritisch. Um allerdings die Vorteile des Sondenhydrophones auch bei der Vermessung von Schallsignalen mit geringeren Druckamplituden (z. B. im medizinisch-diagnostischen Bereich) nutzen zu können, ist eine Empfindlichkeitssteigerung notwendig. Jede Verbesserung des S/R-Verhältnisses kann weitere Meßmöglichkeiten u. U. überhaupt erst erschließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Sondenhydrophon in bezug auf seine Empfindlichkeit und bezüglich des S/R-Verhältnisses zu verbessern, Des weiteren ist ein Ziel der Erfindung, auch das Anwendungsgebiet auf niederfrequente Bereiche, insbesondere den niederfrequenten Utraschallbereich kleiner 1 MHz zu erweitern. Die bisher bekanntgewordenen Anwendungen waren auf den Frequenzbereich größer 1 MHz beschränkt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Sondenhydrophon gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche entnehmbar.

Nachfolgend werden die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Verbesserung der Empfindlichkeit und des S/R-Verhältnisses von faseroptischen Sondenhydrophonen im einzelnen erläutert.

In der Zeichnung sind verschiedene Sondenhydrophone in erfindungsgemäßer Ausführung beispielhaft schematisiert dargestellt. Es zeigen

Abb. 1 ein faseroptisches Sondenhydrophon in X-Kopplerausführung mit einem reflexionsarm abgeschlossenen Faserende

Abb. 2 ein faseroptisches Sondenhydrophon in erfindungsgemäßer Y-Kopplerausführung mit reflexionsarm abgeschlossenem Faserende

Abb. 3 ein faseroptisches Sondenhydrophon in X-Kopplerausführung mit zusätzlichem Fotodetektor zur Online-Kalibration gemäß der Erfindung

Abb. 4 ein Endstück einer erfindungsgemäß eingesetzten Monomodefaser als Lichtleitfaser 20 mit lichtleitendem Kern 21 und Cladding (Hülle) 22

Abb. 5 Darstellung einer Aufzeichnung des Betrages der Hydrophonantworten H0 gestrichelt und H2.5 liniert

Abb. 6 Argument der Hydrophonantworten H0 gestrichelt und H2.5 liniert

Abb. 7 Aufnahme eines elektromagnetischen Meßsignals mit dem faseroptischen Hydrophon im Monomodebetrieb bei 10.000 Mittelungen

Abb. 8 mit der Hydrophonantwort H0 entfaltetes Signal

Abb. 9 Einfluß der Mittelungszahlen und der Optimierung des Detektors auf die Auflösung.

In der Abb. 1 ist ein optischer Monomodefaser-X-Koppler 2 vorgesehen, in den das Licht von der Monomode-Laserdiode 1 eingekoppelt und über das freie Ende 9 des Kopplers 2 reflektiert wird. Das freie Ende 9 taucht in das flüssige Medium 13 ein, in dem der Ultraschallkopf 8 des Ultraschallgerätes 7 eintaucht. Die Schallsignale werden von dem Schallsender, hier zum Beispiel dem medizinisch- diagnostischen Ultraschallkopf 8 ausgesandt und modulieren die reflektierte Lichtleistung.

Diese modulierten Lichtsignale werden über den Koppler 2 von der Reflexionsmeßanordnung, beispielsweise einem als Lawinendiode ausgebildeten Fotodetektor 4, der eventuell auch als ein integriertes Fotodetektor-Verstärkerbauteil ausgebildet ist, aufgenommen, digitalisiert und dann einem nachgeschalteten Rechner, hier einem PC 5, zugeführt und dort verarbeitet. In der Übertragungsleitung zwischen dem Fotodetektor 4 und dem Rechner 5 kann ein analoges Filter angeordnet sein. Digitale Filter werden gegebenenfalls zusätzlich in dem Rechner 5 eingesetzt. Wenn die transienten Meßsignale digitalisiert werden sollen, so muß vom Ultraschallgerät 7 ein entsprechendes Triggersignal 6 zum korrekten Setzen des Digitalisierungsfesters abgegriffen werden.

Bei dem X-Koppler gemäß Abb. 1 ist das freie Faserende 3 reflexionsarm abgeschlossen.

In der Ausführung gemäß Abb. 2 ist an Stelle eines optischen Monomodefaser-X-Kopplers ein Monomodefaser-Y-Koppler 2 eingesetzt.

In der Ausführung nach Abb. 3 ist wiederum ein Monomodefaser- X-Koppler 2 für das Sondenhydrophon eingesetzt, wobei dessen freies Ende mit einem Fotodetektor 10 für eine Online- Kalibration der Reflexionsmeßeinrichtung 4 ausgerüstet ist.

Nachfolgend werden die durch die Ausbildung der Sondenhydrophone mit einer Monomodefaser als Lichtleiter sowie einer Monomodefaser-Laserdiode als Lichtquelle erzielbaren Verbesserungen erläutert. Des weiteren wird durch den Einsatz eines Rechners zusätzlich zu der Reflexionsmeßanordnung für die Entfaltung und/oder Mittelung der empfangenen Meßsignale eine weitere Verbesserung der Meßergebnisse als auch des Frequenz- und Druckbereiches für die Messungen erreicht.

Das faseroptische Hydrophon (Abb. 1 bis 3) beruht auf der Registrierung der optischen Brechungsindexänderungen, die durch die einfallende Schalltransiente hervorgerufen werden. An einem Ende des Faserkopplers 2 ruft dies eine Modulation der reflektierten Lichtleistung I_R hervor, deren Detektion den Druckverlauf liefert:

∂I_R/∂ = I_in ∂R/∂n Ξ

Dabei ist

Ξ= ∂n/∂p = 1,5 10^-4/MPa

die piezooptische Konstante für Wasser. Die Änderungen in Glas können vernachlässigt werden. Bei der hier vorliegenden nahezu senkrechten Reflexion ergibt sich für die Änderung des Reflexionskoeffizienten R mit dem zu detektierenden Druck:

∂R/∂p = 4.6 10^-6/MPa

Gleichzeitig wird ein erheblich größerer Teil dauernd reflektiert

R_offset = 2 10^-3

Es stellt sich also die Aufgabe, ein hochfrequentes Signal niedriger Intensität auf einem hohen Offset optisch zu detektieren. Wegen des daraus drastisch reduzierten Signal/Rausch-Verhältnisses ist es zunächst notwendig, die Rauschquellen des faseroptischen Hydrophons zu analysieren und zu optimieren.

Daher ist zunächst auf einen rauscharmen Laserbetrieb zu achten. Eine Multimodelaserdiode besitzt auch bei hoher optischer Rückkopplung typischerweise ein Rauschen von:

RIN = 2ΔfδP²/P² ≈ 3 10^-14Δf/Hz
P: optische Leistung

Es wurde gefunden, daß eine Monomodelaserdiode in der Regel bessere Werte liefert, typischerweise bei 10^-15 bis 10^-16. Im Multimodebetrieb kann zudem der Faserkoppler zu schwankenden Kopplungsraten führen, aber auch aufgrund des Modenrauschens [PET 80] erheblich zum Rauschen beitragen. Dieses relative Intensitätsrauschen RIN liegt im Mittel über dem Laserrauschen und kann vor allem bei Verwendung der Monomodelaserdiode um über eine Größenordnung darüber liegen. Die dominierende Rauschquelle aber ist bei den hier verwendeten eingekoppelten Lichtleistungen und der gewünschten hohen Bandbreite die zur Detektion verwendete Photodiode. Ursache ist zunächst das thermische Rauschen

i_th ² = 4kT_eΔν/R_L

k: Boltzmannkonstante
T_e: effektive Temperatur
Δν: Bandbreite
R_L: Lastwiderstand

In der Regel dominiert das shot-noise.

Für ein optimales Signal/Rausch-Verhältnis ist bei kleinen optischen Leistungen die Verwendung einer Lawinendiode sinnvoll, die ein shot noise besitzt von
i_sh ² ≈ 2e²P_offsetηΔνMⁿ/hν
h: Planck'sches Wirkungsquantum
η: Effizienz der Photodiode
M: Gain factor, n = 2 + x, x: excess noise factor
ν: verwendete optische Frequenz

Der Dunkelstrom kann bei der hohen Lichtleistung vernachlässigt werden.

Sie liefert einen Signalstrom von:
i_S = PeηM/hν
P: modulierte Lichtleistung (Gleichung 1)

Das Signal/Rausch-Verhältnis unter Berücksichtigung aller genannten Rauschquellen hängt somit bei gegebenem Aufbau nur von der eingekoppelten Lichtleistung und dem gain factor der Lawinendiode also ihrer Vorspannung ab. Aus der Bedingung (S/N)' = 0 erhält man für die jeweilige Einkopplung die ideale Vorspannung. Für eine typische Einkopplung von 8 mW im Monomodebetrieb ergibt sich experimentell für ein verwendetes Detektorsystem eine Empfindlichkeit von ∂U/∂p = 138 mV/MPa

Das Gesamtrauschen liegt bei U_noise ≈ 294 mV.

Bei konstanter Detektoreinstellung ist beim faseroptischen Hydrophon also über die Messung der eingekoppelten Lichtleistung eine einfache Kalibrierung möglich, die im Monomodebetrieb sogar on-line am zweiten Faserarm geschehen kann. Zur Messung von Ultraschalldruckpulsen, wie sie in der medizinischen Diagnostikverwendet werden, ist allerdings aufgrund des hohen Rauschpegels eine Mittelung über mehrere repititive Signale notwendig.

Im Multimodebetrieb ergibt sich bei einer vergleichbaren Laserleistung da wegen des hier auftretenden Modenrauschens die Signal/Rausch-Verhältnisse ungünstiger sind, eine geringere Empfindlichkeit. Dies zeigt sich deutlich bei Messungen unter Verwendung von Monomodelaserdioden in Verbindung mit Monomodekopplern gemäß der Erfindung im Vergleich zu Multimodekopplern. Bei gleicher eingekoppelten Lichtleistung ergeben sich ungünstigere Werte für den Multimode-Koppler.

Experimentell zeigte sich vor allem, daß sich sehr störend hier der zeitlich schwankende Charakter des Modenrauschens [Pet 80] sowohl auf die Rauschamplitude als auch die Signalhöhe auswirkt, was für eine Eichung nicht zu tolerieren ist.

Der Verwendungsbereich des faseroptischen Reflexionshydrophons liegt bei der Erfindung nicht nur auf Lithotriptoren rsp. Schockwellenvermessungen (Drücke im Fokusbereich < 10-20 MPa) sondern besonders auch auf dem Niederdruckbereich (10 KPa - 10 20 MPa peak-peak), wie er bei z. B. für medizinisch- diagnostische Ultraschallgeräte typisch ist. Hierfür liegt der abzudeckende Frequenzbereich mindestens zwischen 2-60 MHz. Ebenso läßt sich aber mit einer leichten Modifikation des Aufbaus der Niederfrequente Bereich vermessen.

Nach der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird als Lichtleitfaser eine Monomodefaser in Form eines Monomode- Faserkopplers 2 eingesetzt. Dies hat folgende entscheidende Vorteile:

• 1. Verbessertes S/R-Verhältnis Monomodefaserkoppler zeigen kein Modenrauschen, d. h. der Aufbau ist stabiler und das S/R-Verhältnis wird verbessert.
• 2. Ortsauflösung im Bereich von 4-6 µm Der Kerndurchmesser (der eigentlich lichtleitende Kern, vgl. Abb. 4) von Monomodefasern hat einen Durchmesser von typisch 4-6 µm. Damit ist extreme Auflösungsverbesserung verbunden. Diese kann allerdings nur dann sinnvoll genutzt werden, wenn man die Beugungseffekte berücksichtigt.

Im Falle kleinerer optischer Laserleistungen wird der Einsatz einer Lawinendiode als Sensor 4 vorgeschlagen.

Zur Empfindlichkeitssteigerung wird das reflexarme Abschließen des zweiten Faserarmes vorgeschlagen. Wenn der zweite Arm des Monomodefaserkopplers reflexarm (Abb. 1, 3) abgeschlossen wird, zum Beispiel in brechungsindexangepaßter Flüssigkeit, so reduziert sich die statische Reflexion um den Faktor zwei und mit ihr das Rauschen. Das wiederum führt zu einem verbesserten S/R-Verhältnis.

Zur Reduktion des Laserrauschens ist jede technische Vorkehrung hilfreich. In der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsform ist dies die thermische Stabilisierung der als Laserlichtquelle 1 fungierenden Monomode-Laserdiode.

Durch die im folgenden beschriebenen Methoden/Verfahren kann das erfindungsgemäße faseroptische Reflexions-Hydrophon erstmals als örtlich höchstauflösender (4-6 µm) Sensor mit ausreichender Empfindlichkeit zur Vermessung verschiedenster Wasserschall-Signale auch bei niedrigen Drücken im 100 kPa Bereich verwendet werden.

Bei repetitiven Schallpulsen können durch Signalmittelung Signalanteile von weniger als 10 KPa aufgelöst werden.

Zunächst soll der Optimierungseffekt bei Mittelungen hinsichtlich S/R behandelt werden. Abb. 9 zeigt die experimentellen Werte für unterschiedliche Mittelungszahlen und Vorspannungen des als Lawinendiode 4 ausgebildeten Empfängers. Neben der erwarteten deutlichen Auflösungssteigerung mit wachsender Mittelungszahl erkennt man den Vorteil eines optimalen Gain factors über die Wahl der Detektorvorspannung der Lawinendiode. Bei hohen Mittelungszahlen kann es aufgrund geringer synchroner Störungen sinnvoll sein, höhere Gainfactoren zu verwenden und somit hohe Signalspannungen zu erhalten. Auf diese Weise kann man im Prinzip jede erforderliche Auflösung erreichen. Mit 20.000 Mittelungen liegt sie beispielsweise bei 14 KPa. Bei den üblichen Repetitionsraten der Ultraschallgeräte im KHz- Bereich hängt die Dauer einer Aufnahme im wesentlichen von der digitalen Verarbeitung ab.

Für das faseroptische Hydrophon ist die entscheidende Meßgröße der Druck vor dem Faserkern. Aufgrund der auftretenden Schallbeugungseffekte am Faserende stimmt dieser nicht mit dem Druck der einfallenden Transiente überein. Der Faserradius liegt dabei wie bei piezoelektrischen Nadelhydrophonen in der Größenordnung der Schallwellenlänge, die daher stattfindende Mie-Streuung ist meist nur grob berechenbar. Bei der hier vorliegenden Zylindergeometrie für einfache Fälle und dem kleinen Faserkernradius der erfindungsgemäß eingesetzten Monomodefaser läßt sich aber die Schallbeugung berechnen und somit kann man eine Hydrophonantwort angeben, mit deren Kenntnis man die gemessenen Signale auf die real einfallenden Transienten korrigieren kann.

Dazu nimmt man zunächst an, daß die einfallende Schallwelle am Faserende eine Sekundärwelle erzeugt, wobei diese bei einem senkrechten Einfall einer ebenen Welle aufgrund der schallharten Reflexion am Faserende eine vom Betrag gleiche aber entgegengesetzte Schnelle besitzt. Es stellt sich also im Wesentlichen die Aufgabe, das Schallfeld direkt vor einem "Zylinderförmigen Schallkopf", mit einer vorgegebenen Schnelle zu berechnen. Der Druck vor dem Faserkern ergibt sich dann als Superposition der beiden Schallwellen. Man geht zunächst vom Rayleigh'schen Oberflächenintegral für das Geschwindigkeitspotential ψ aus:

c: Schallgeschwindigkeit

Dabei wird über die Faserendfläche A₁ integriert. Die Schallschnellennormale v_n kann nach dem soeben gesagten als zeitlich beliebig aber räumlich konstant angenommen werden. Man erhält für den gesamten Druck im Frequenzraum:

pω: einfallender Druck
r, r' sind Vektoren

Da der Faserkern die sensitive Fläche ist, findet bei der Messung eine räumliche Mittelung über diesen statt. Für den Druck, der durch das faseroptische Hydrophon detektiert wird, erhält man das umfangreiche Ergebnis immer noch im Frequenzraum:

A₂: Faserkernfläche

Man hat jetzt also eine einfache Möglichkeit, die tatsächlich senkrecht einfallende Druckwelle p_ein(r, t) aus dem gemessenen Druck zu berechnen. Denn meßtechnisch gesehen ist der Meßwert p(t) eine Faltung des Signals p_ein(t) mit den eben erwähnten Termen, den sogenannten Hydrophonantworten H(t). Durch Anwendung des Faltungssatzes ergibt sich daher ein einfaches Vorgehen:

Man erhält also: p_ein(t) = iFFT(FFT(p(t))/Hω)

Da die Monomodefaser nur einen Kernradius von typischer Weise 2.5 µm besitzt bei einem Claddingradius von typischer Weise 62.5 µm, ergibt sich ein entscheidender Vorteil gegenüber der Multimodefaser. Der Kern kann als punktförmigen Kern angenommen werden. Dies bedeutet, es genügt p(0, t) zu betrachten. Dann ergibt sich der einfache Ausdruck für die zugehörige Hydrophonantwort H₀:

H₀ = 2 - exp(-iωa₁/c)

Die Abb. 5 und 6 zeigen die berechneten Hydrophonantworten für die Monomodefaser. H₀ ist die bei Annahme eines punktförmigen Kernes, H_2.5 die exakt berechnete Hydrophonantwort bei 2.5 µm Kernradius. Man erkennt, daß sich für niedrige Frequenzen, die häufig in der medizinischen Diagnostik verwendet werden, das faseroptische Hydrophon wie ein punktförmiger Empfänger verhält.

Zu erwähnen ist auch, daß, wie man am Betrag der Hydrophonantwort sieht, im Mittel und gerade bei Frequenzen um 10 MHz der doppelte Druck registriert wird. Dieses hat positive Auswirkungen auf das Signal/Rausch-Verhältnis.

Bei Multimodefasern ergibt sich der Nachteil, daß das Rayleigh'sche Oberflächenintegral streng nur für eine ausgedehnte Faserfläche im Vergleich zur sensitiven Fläche gültig ist. Der relativ große Kerndurchmesser schränkt also hier die Verwendung der berechneten Hydrophonantworten ein. Zur Verbesserung des S/R-Verhältnisses ist der Einsatz von Filtern zur Bandbreitenbegrenzung eine sinnvolle Möglichkeit, wie analoge oder digitale Filter.

Die bekannten Anwendungen des faseroptischen Sondenhydrophons sind auf einen Frequenzbereich von < 1MHz beschränkt. Eine weitere Anwendung für den niederfrequenten Ultraschallbereich 20KHz-1MHz, z. B. zur Vermessung von chirurgischen Ultraschallsystemn wie sie z. B. in der Ophthalmologie, Neurologie, oder Zahnheilkunde eingesetzt werden, ist wünschenswert. Dies kann bei dem erfindungsgemäßen Monomodefasersystem durch Wahl eines für diesen Frequenzbereich angepaßten Detektionssystems erreicht werden.

Literaturhinweise

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Claims (15)

1. Faseroptisches Sondenhydrophon zur Messung von Druckamplituden in einem flüssigen Medium mit einem optischen Monomode-X- oder -Y-Koppler (2) mit einer Monomode-Faser als Lichtleiter, die mit einem Ende, das eine Grenzfläche bildet, unmittelbar dem flüssigen Medium ausgesetzt ist und in das flüssige Medium (13) eintaucht und am anderen Ende von einer Monomode-Laserdiode (1) beaufschlagt ist, und mit einer zeitlich hochauflösenden, einen Fotodetektor (4) enthaltenden optischen Reflexionsmeßanordnung, der das an der Grenzfläche vom Druck und damit auch vom optischen Brechungsindex abhängig reflektierte Licht der Monomode-Laserdiode (1) über den Monomode-X- oder -Y-Koppler (2) zugeführt ist.

2. Sondenhydrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz eines Monomode-X- Kopplers eines seiner vier Enden (3) frei und reflexionsarm abgeschlossen ist.

3. Sondenhydrophon nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der reflexionsarme Abschluß des freien Endes (3) mittels einer brechungsindexangepaßten Flüssigkeit erfolgt.

4. Sondenhydrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz eines Monomode-X- Kopplers einem seiner vier Enden (10) ein weiterer Fotodetektor, welcher der Online-Kalibrierung der Reflexionsmeßeinrichtung dient, zugeordnet ist.

5. Sondenhydrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Monomode-Laser-Diode thermisch stabilisiert ausgerüstet ist.

6. Sondenhydrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Monomode-Fasern mit einem Durchmesser des lichtleitenden Kernes von 3 bis 6 µm eingesetzt sind.

7. Sondenhydrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleinen optischen Laserleistungen in der Reflexionsmeßanordnung eine Lawinendiode als Fotodetektor (4) vorgesehen ist.

8. Sondenhydrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei repetitiven Schallpulsen mittels Signalmittelung in der Reflexionsmeßanordnung empfangene elektrische Meßsignale mit Signalanteilen von weniger als 10 kPa auflösbar sind.

9. Sondenhydrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Reflexionsmeßanordnung empfangenen elektrischen Meßsignale mittels einer theoretisch oder experimentell für die als Lichtleiter eingesetzte Monomode-Faser ermittelte Impulsantwort entfaltbar sind.

10. Sondenhydrophon nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Meßsignale mittels A/D-Wandler digitalisierbar sind und in dieser Form rechnerisch mittels eines Rechners entfaltbar sind.

11. Sondenhydrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Monomode-Faser- Lichtleiterenden zum Eintauchen in das flüssige Medium vorgesehen sind und in Form eines Arrays zur räumlichen Messung der Druckamplituden eingesetzt sind.

12. Sondenhydrophon nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Array ein faseroptisches Bündel von Monomode-Fasern vorgesehen ist.

13. Sondenhydrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das in das flüssige Medium einzutauchende Ende der Monomode-Faser in einfacher und definierbarer Gestalt ausgebildet ist, wie abgerundet oder eben.

14. Sondenhydrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsmeßanordnung zum Empfangen elektrischer Meßsignale auf den niederfrequenten Bereich von 10 kHz bis 1 MHz mittels des für diesen Frequenzbereich angepaßten Fotodetektors (4) optimiert ist.

15. Sondenhydrophon nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung des S/R-Verhältnisses analoge oder digitale Filter zur Bandbreitenbegrenzung in der Auswertung der empfangenen elektrischen Meßsignale vorgesehen sind.