激光器的弛豫振荡带来的强度噪声对分布反馈式光纤激光水听器的系统噪声有较大影响。分析了该强度噪声在NPS算法数字实现中的传递过程, 发现求导运算的非理想特性是解调结果中引入强度噪声的原因。提出了一种改进的NPS算法, 使强度噪声在进入求导运算前被抵消, 消除了强度噪声传递到解调结果中的途径。实验结果表明, 当弛豫振荡峰处相对强度噪声为-84 dB·Hz-1时对解调相位噪声的抑制在1 kHz处达到了30 dB。将改进后算法与不需要求导运算的反正切法进行了对比, 进一步验证了其可抑制求导所引入的强度噪声。

为了实现高灵敏度、宽频响应的光纤型加速度传感器，以光纤激光器作为加速度传感器的传感元件，建立了光纤激光加速度传感系统，并对该系统的传感原理、灵敏度和谐振频率等性能进行了分析和实验。采用竖直式加速度传感器结构，结构中的传感组件主要由质量块和中空的细钢管组成，光纤激光器受预应力作用后粘接在钢管内部，在加速度作用下，钢管产生的应变引起光纤激光器的应变和折射率发生改变，导致光纤激光器的出射波长随之发生改变，然后使用干涉解调技术检测出波长的动态变化，即可获得波长中包含的加速度振幅和频率信息。实验结果表明，在20～1 250 Hz频段内，竖直式光纤激光加速度传感器的灵敏度约为-126.2 dB［参考值1 rad/(μm/s2)］，频响曲线的波动幅度在±1.9 dB范围内，加速度响应动态范围为77.46～170.26 dB［500 Hz频点，参考值1 μm/(s2·Hz1/2)］，加速度分辨率优于0.01 m/s2。

为了进一步增大光纤拖曳阵的探测距离, 研制了缆径为16 mm的32元分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵.阵元在10～2 000 Hz频率范围内的平均声压灵敏度为－142.7 dB(re 1rad/μPa), 波动幅度小于±2 dB.基于声光调制器的时分、波分联合复用技术实现了32元光纤激光水听器的多路复用, 各个阵元之间以及各个通道之间的串扰均小于－40 dB, 并完成了静态和动态拖曳湖上实验.实验结果表明, 研制的32元分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵无论是在静态, 还是在6～16节的动态拖曳状态, 都能对目标形成稳定的波束指向, 与GPS轨迹记录完全一致, 展现了分布反馈式光纤激光水听器拖曳线列阵在工程上的应用前景.

为了实现分布反馈式光纤激光传感器(DFB FL)大动态范围、稳定解调, 建立了基于3×3耦合器的迈克尔逊干涉仪解调系统。对该系统所采用的对称解调算法(NPS)和反正切解调算法进行了深入研究。首先, 介绍了基于3×3耦合器解调算法的原理及耦合器不对称时的调校方法。接着, 对干涉仪所需最小非平衡路径长度的选取与系统强度噪声、激光器频率噪声的关系进行了分析。最后, 针对NPS算法与反正切算法最大可解调信号幅度进行了分析对比, 并研究了微分器对对称解调方法解调范围的影响。实验结果表明: NPS算法动态范围高于反正切算法, 微分器的幅频特性不理想会减小解调动态范围。在采样频率为125 kHz、信号频率为1 kHz、干涉仪非平衡路径为100 m时, NPS算法与反正切算法的动态范围分别达到96 dB和 90 dB。用解调前调校的方法, 基于3×3耦合的解调方法动态范围大, 能够实现稳定解调, 满足工程应用要求。

光纤激光水听器的频率响应曲线会在声压传递函数的谐振频率处出现谐振峰，使水听器的工作频带变窄。研制了一种金属膜片端面增敏结构的分布反馈式(DFB)光纤激光水听器。基于电声类比理论，建立了DFB光纤激光水听器的声压传递函数模型，仿真分析了水听器各结构参数对水听器声压传递函数的影响，实现了水听器结构的优化设计，加工制作了水听器原型样品并进行了实验研究。由实验结果可知，DFB光纤激光水听器在2.5~10 kHz 频率范围内的平均声压灵敏度为-135.99 dB，波动幅度小于±0.6 dB，且在16 kHz附近出现谐振峰，实验结果与仿真分析结果较好地吻合。该研究对DFB光纤激光水听器的研制具有重要指导意义。

为了解决流固耦合模态使水听器工作频带变窄的问题, 理论分析了流体对双膜片结构的分布反馈式光纤激光水听器固有频率的影响, 基于有限元软件对水听器加固封装前后在空气中和流体中的模态和频响性能进行仿真分析, 加工制作了水听器原型样品并开展了水声实验研究.实验结果表明, 在2 500～8 000 Hz的频率范围内, 未经加固封装的水听器由于在该频段内存在多个流固耦合固有频率造成响应曲线起伏较大, 而采取了加固措施封装后的水听器获得了-142.77±0.8 dB的平均声压灵敏度, 验证了流体对水听器频响性能的影响以及改善措施的有效性, 实验结果与理论及仿真结果吻合较好.

为减小分布反馈式（DFB）光纤激光器在水声探测时的扰动，设计了一种双膜片式封装结构的光纤激光水听器。该结构通过膜片增大声压作用面积，并转化为激光器的轴向应变以实现增敏。利用有限元软件ANSYS对该结构进行了仿真分析，加工制作了双膜片式结构封装的DFB光纤激光水听器原型样品，并对其进行了水声实验研究。实验测得，研制的双膜片端面增敏结构的DFB光纤激光水听器在2.5~10 kHz的平均声压灵敏度为-136.9 dB，波动幅度不高于±0.5 dB，水听器的工作频带向高频得到了有效拓宽，使其能很好地满足舷侧阵的工程化应用要求。

为了进一步拓宽端面拉伸增敏的分布反馈式(DFB)光纤激光水听器的工作频带，研制了一种外径为13 mm的聚氨酯端面拉伸式增敏结构的DFB光纤激光水听器，建立了其声压灵敏度与聚氨酯材料参数的理论模型，仿真分析了水听器的动态特性与聚氨酯材料参数的关系，并制备了参数经过优化后的双组分聚氨酯材料，制作了水听器原型样品并进行了水声实验研究。实验测得，研制的聚氨酯端面拉伸式增敏结构的DFB光纤激光水听器在10～20000 Hz的宽频带内获得了(-137.60±2) dB的声压灵敏度，表明聚氨酯端面增敏式封装有效地拓宽了水听器的工作频带，很好地满足拖曳线列阵的工程化应用要求。

为了研究预应力对分布反馈式(DFB)光纤激光水听器水声探测性能的影响，建立了双膜片结构DFB 光纤激光水听器声压灵敏度与预应力关系的理论模型，运用有限元软件ANSYS 仿真分析了水听器动态性能与预应力的关系，加工制作了不同预应力作用下的DFB 光纤激光水听器原型样品，并在消声水池对其进行了实验研究。实验结果表明，随着预应力的增加，DFB 光纤激光水听器的频率响应趋向平坦，当预应力引起的水听器出光波长变化量增大到400 pm 时，水听器在2.5~10 kHz频率范围内的声压灵敏度为136.8 dB±0.3 dB，而预应力继续增大时，水听器的频率响应曲线变化非常小，这与理论分析和仿真结果都吻合较好。