徐攀 张乃千
新闻背景
据外媒报道，为提升濒海战斗舰的跟踪、定位和摧毁敌方潜艇作战能力，美国海军正在开发新型反潜设备，极有可能采用光纤水听器阵列系统。在此之前，美国海军就在其最先进的“弗吉尼亚”级核潜艇中装备了大孔径阵列光纤声学传感系统，即光纤水听器，从而搭建起小型光纤水听网络，遍布潜艇四周，大大提升了该级核潜艇的反潜、反舰和远程侦听能力。
声呐设备是海上军事领域的“顺风耳”，可在远距离侦听到潜艇、舰船发出的声音信号。其中，作为专门对抗低噪声安静型潜艇的“反潜杀手”光纤水听器，越来越得到各军事强国的广泛关注。光纤水听器利用光纤和激光技术，将水下目标在水中传播的声信号转化为光电信号，从而实现对水下目标的精准识别和跟踪，成为水下反潜作战的“力量倍增器”。
声光变换的“探听能手”
看似平静的海洋，其实从不宁静。作为唯一能够在水中远距离传播的信号，声波是人类借此探听水下的主要渠道。声波不仅可以实现在水下的远距离传输，而且在遇到水下物体时，会发生相应的反射现象。不同频率的声波，在水中被吸收和反射的程度各不相同，人们根据这一特性发明了声呐，用于对水下目标进行探测和定位。
近年来，随着装备性能的迅速发展和消噪技术的不断进步，各类静音效果良好的核动力潜艇以及AIP潜艇（指不依赖空气推进发动机作为动力的潜艇）先后列装，致使利用传统声呐装置进行探测侦听的难度大大增加。
目前的安静型潜艇，其噪声频率降低到了百赫兹左右，噪声水平甚至低于海洋背景噪声，传统的压电声呐装置已经无法有效探测。事实上，自冷战时期起，美国和西方国家就经常发生与苏联潜艇相撞事件。2009年2月，英国“前卫”号弹道导弹核潜艇与法国“凯旋”号核潜艇在大西洋深海的“深情一吻”，更证明了使用声呐装置发现水下静音目标的难度，研制新型声呐装置势在必行。
作为一种建立在光纤传感和光电子技术基础上的水下声信号探测器，光纤水听器主要通过高灵敏度的光纤相干检测技术，将水下声信号转换成光信号，通过光纤传至信号处理系统，得到包含有目标信息的电信号。水下声信号对光纤作用，将引起光纤中传输光的强度、偏振和相位信息发生变化，从而利用声光变换实现水下探听。
各国海军的“反潜新宠”
与传统声呐相比，光纤水听器具有灵敏度高、响应频带宽、动态范围大等突出特点，对大洋下“寂静杀手”的“深呼吸”异常敏感。同时，光纤水听器还能够实现上百公里远距离信号传输，在低噪声、低频对潜水声信号检测中具有独特的技术优势，因而迅速成为各国海军的“反潜新宠”。
在光纤水听器研究领域，美国是开创者更是技术引领者。1977年，美国海军实验室发表了光纤水听器研究的首篇论文，标志着光纤水听器作为未来声呐系统的重要方向开始进入研究阶段。此后，美国海军实验室开始了水下光纤传感器系统的研究工作，光纤水听器正是该实验系统的重要内容。
美国海军对光纤水听器进行了多次海上实验，并于1983年7月在巴哈马群岛成功部署。1988年，美国海军实验室制订了潜艇用“光纤水听器系统标准”，标志着光纤水听器取得了实用武器系统的巨大进步。其后又进行了多次拖曳式光纤水听器阵列的海试，并取得了重大成功。目前，美军已在“洛杉矶”级、“海狼”级和“弗吉尼亚”级核潜艇上，装备了大孔径阵列光纤水听器系统。
除美国外，英、法、日等国也相继开展光纤水听器领域的研究工作。英国海军将着力点放在利用阵列进行浅海监视和海岸线监控技术上，成功研制出了光纤海底阵列系统。该系统利用分布式光纤传感技术，可搭建远距离可耗式低成本阵列器件，具有巨大的应用前景。
日本于上世纪80年代开始光纤水听器系统调研与研究，并于1995年制成光纤水听器原理样机。作为欧洲长期防卫联盟项目的重要组成部分，法国、意大利与挪威合作开展的全光纤光学水听器阵列计划，于2002年成功进行了海上试验，在发展静态光纤水听器阵列领域取得了重要突破。
洞察汪洋的“火眼金睛”
事实上，光纤水听器具有将大量单元信号经由一根光纤传输，从而形成大规模阵列的特殊能力，也就是说：可以构成一张巨大的洞察海底信号的“水听网”。
与传统声呐装置相比，光纤水听器有效克服了重量大、价格昂贵、密封性不好和需要大量水下电子元件以及信号传输电缆等问题，在信号传输和单元布设时无需担心电磁环境的干扰，各水听器单元可灵活设计和布局，可有效提高对水下声信号的探测精度和系统稳定度，是洞察汪洋的“火眼金睛”。
光纤水听器在军用和民用领域都具有广泛的应用前景，既可用于现代海军反潜作战及水下兵器试验检测，又可用于海洋石油天然气勘探、海洋地震波检测以及海洋环境检测。
未来，光纤水听网将组成由岸基光纤阵列水声综合探测系统、陆地地面卫星接收站以及空天探测卫星编织成的一张天、地、海的综合探测网，形成涵盖整个被探测区域的新型传感网络。
随着光纤传感技术的发展，基于新原理、新方法的光纤水听器将会不断涌现，在不久的将来，这个水下声信号探测的“力量倍增器”势必在海洋国土安全等领域发挥更重要的作用。
延伸阅读
水域反恐安保成重中之重
美国海军实验室的研究人员曾表示：“属于光纤水听器技术的时代已经到来！”
人类的听力系统并非为水中环境而设计，潜入水后“听”到的一切都变得模糊起来，仿佛一切水下的东西都在朦胧的声音中变得缓慢而压抑，而极深的海底则是绝对寂静。
但事实上，声音能以约5倍于空气中的速度在水中传播。目前，世界各国进行水下防护与监控的最主要手段便是运用探测声呐系统，声呐系统因此被誉为水下对抗的杀手锏。
今后，水下声呐技术的应用重点将是水域反恐安保。目前水域监控安全措施多数集中覆盖水面以上的区域，而水下区域安保环节薄弱，恐怖势力或敌对方面有可能利用潜艇、水下蛙人、机器人以及小型水下运载器等乘虚而入，对水域设施进行破坏。因此，建立完备的水下安保机制，对重点水域实施严密监控，保证关键设施的安全是国防安全的重中之重。
