设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器，由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形，与四周固定的圆形密闭薄膜相比，会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器，制备出长宽均为500 μm，厚6 μm的微悬臂梁结构。通过实验得到其反射光谱对比度为8.8 dB，自由光谱范围为7.72 nm，理论计算得光纤法布里-珀罗腔长为155.6 μm。研究结果表明，该光纤声波传感器在2 200 Hz处出现明显的共振峰，对应的声压灵敏度为414 mV/Pa，在300 Hz时有最大的灵敏度675 mV/Pa，与普通硅橡胶薄膜声波传感器相比灵敏度显著提高。理论计算硅橡胶微悬臂梁光纤声波传感器的一阶共振频率为198 Hz，与实验测得的共振频率较为接近。同时悬臂梁传感器的声压灵敏度可达675 mV/Pa，声压响应线性度为0.994。

针对声速测量实验中多关注时间（相位）而忽略信号幅值的不足，依托常用的水声探测设备在水箱中搭建信号测量装置。利用示波器得到直达声的时间差和电压峰峰值，基于时差法的测量原理计算水中声速并进行电声转换，实现声速和声压的同步测量。结果表明声速和纯水中理论声速的相对误差为2.0%，声压级差和球面波声传播理论声压级差的相对误差约为6.0%。该实验设计加深了对声压、灵敏度等抽象概念的理解，训练了学生利用Excel进行数据处理的能力。

针对裸光纤光栅在声波作用下的应变灵敏度过低导致难以检测到有效反射波长变化的问题，文章提出以光纤光栅纵向传感为模型，并在光栅周围涂上一层厚度远超光纤内径的低杨氏模量圆柱状涂覆层，以增加光纤光栅的应变灵敏度，并用相移光栅反射谱的线性区作为边缘滤波法边缘来提高激光检测的灵敏度，利用传输矩阵法仿真分析光栅反射谱及激光反射率曲线。仿真结果表明，声波纵向传感模型的应变灵敏度要优于横向传感模型，且低杨氏模量的涂覆层可以显著提高光栅的应变灵敏度，在频率低于1.7 kHz的声波作用下，涂有聚氨酯涂覆层的光纤光栅纵向传感灵敏度达到了6.1 nm/MPa，是裸光纤光栅的381倍，结合相移光栅反射谱线性区综合灵敏度提升2 203.6倍，有效地提升了光纤光栅在声波检测方面的灵敏度。

为提升光纤水听器拖曳线阵列的适装性，提出一种柔顺型光纤光栅水听器阵列。根据力学理论模型计算3种柔顺型光纤光栅水听器声压灵敏度，比较分析其影响因素，通过有限元仿真进行频响分析，研制了直径分别为10 mm、12 mm和16 mm的2元柔顺型光纤光栅水听器样阵，采用振动液柱法实验测试其灵敏度。实验结果表明：柔顺型光纤光栅水听器在200～800 Hz的频率范围内响应平坦，不同结构参数的水听器阵列平均声压灵敏度分别为−138.90 dB、−134.71 dB、−136.12 dB，验证了理论与仿真分析的正确性。按照本文的设计，通过进一步优化材料和结构参数，采用弱反射光纤光栅，可以构建数百阵元的一体化柔顺型水听器阵列。