【摘要】：隨著海洋戰(zhàn)略地位的不斷提升,如何更好的保護和開發(fā)海洋資源成為一個極其重要的研究課題,發(fā)展高性能水聽器設備具有異常重要的意義。微環(huán)諧振器(Micro Ring Resonator,MRR)由于其易集成、插入損耗小、串擾低且無需端面反饋的突出優(yōu)點,為海洋低頻水聲信號的精確測量提供了方向。論文旨在為研制更高靈敏度和更廣動態(tài)范圍的水聲測量設備提供理論支持,圍繞微環(huán)諧振器的參數分析及提高水聽器的傳感性能開展研究,主要工作如下:首先,論文梳理了國內外在水聽器技術方面的研究進程,回顧了海洋聲學環(huán)境及水聲學理論基礎、水聲信號測量原理與技術。矢量水聽器作為目前低頻水聲信號測量研究的熱點方向,對其測量原理進行了回顧。重點深入分析了矢量水聽器的指向性和通道靈敏度兩大參數特性,推導了其加速度靈敏度aM、聲壓靈敏度pM、振速靈敏度vM和位移靈敏度Mξ之間的數學關系。論文將利用水聲聲壓對設計器件的影響來進行低頻水聲信號的測量研究。然后,研究分析了單微環(huán)、串聯(lián)微環(huán)和并聯(lián)微環(huán)諧振器的器件結構,利用傳輸矩陣法推導出微環(huán)諧振器的傳輸函數,再結合有效折射率法、耦合模理論和時域有限差分方法(Finite Difference Time Domain,FDTD),推導出其諧振半徑、有效折射率和傳遞函數的關系,通過仿真得到其各自的輸出光譜。為提高傳感器的性能,優(yōu)化諧振結構的參數,分別研究了串聯(lián)對稱三微環(huán)諧振器和并聯(lián)對稱三微環(huán)諧振器的輸出光譜,結果表明,通過將多個單微環(huán)諧振器以串并聯(lián)的方式組合,能有效提高水聽器的傳感性能。最后,為了更有效的對低頻水聲信號進行測量研究,分析了一種懸臂梁式支撐結構的參數性能,并采用了該結構對微環(huán)諧振傳感結構進行固定和增敏。利用單微環(huán)諧振器作為低頻水聲信號采集器件,設計了一種基于單微環(huán)諧振器的懸臂梁式低頻水聲信號采集裝置,得出諧振波長的光譜漂移與海洋低頻水聲聲壓的線性關系,從而實現(xiàn)對水聲信號的測量。對其進行仿真分析,結果表明該結構擁有較理想的靈敏度和動態(tài)范圍。最后,分析串聯(lián)雙微環(huán)諧振器作為傳感受振結構,研究其增敏性能,輸出光譜表明,通過采用微環(huán)諧振陣列能得到更好的傳感性能。
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB565.1

【參考文獻】

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本文編號：2566888