分布反馈式光纤激光器水听器体积小、灵敏度高，便于复用成阵和布放回收，成为光纤水听器领域重要的一种技术路径。本文对分布反馈式光纤激光水听器国内外研究的探头封装结构及应用进行了综述，根据封装结构的特点，重点介绍了弯曲梁式、侧面压迫式、轴向拉压式三种主要的封装结构及其阵列应用。对国内外主要研究机构的研究指标进行分析，对比了分布反馈式光纤激光水听器不同封装结构的优缺点，并对分布反馈式光纤激光水听器阵列后续的技术发展进行了展望。

为了通过遮挡法实现不同耦合系数π相移光纤光栅制作, 分析了刻制过程中的相移形成原理, 提出通过调整遮挡区长度和π相移周期次数控制π相移光纤光栅耦合系数的方法.采用传输矩阵法对刻制相移光纤光栅过程中的透射谱变化进行仿真计算, 分析了不同光栅条纹可见度下遮挡区长度对相移光纤光栅透射谱的影响.基于不同遮挡区长度进行了相移光纤光栅制作实验, 结果表明：通过调整遮挡区长度和π相移出现次数能够实现对相移光纤光栅耦合系数的有效控制.

设计了一种竖直式封装结构的分布反馈式(DFB)光纤激光加速度传感器, 建立了加速度灵敏度与质量块尺寸参数的理论模型。基于有限元软件, 对该加速度传感器的频率响应性能进行了仿真分析, 加工制作了传感器原型样品并进行了实验研究。实验结果表明, 研制的DFB光纤激光加速度传感器在10~4000 Hz频率范围内的平均加速度灵敏度为-119.1 dB, 且谐振峰值出现在5000 Hz附近, 与理论和仿真分析结果吻合较好。光纤激光加速度传感器的工作频带在高频方向得到了有效扩宽, 能更好地满足DFB光纤激光加速度传感器在高频领域的工程化应用需求。

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。

针对分布反馈式光纤激光水听器在用于水声探测时极易受加速度效应干扰的问题, 设计了一种双膜片对称结构的光纤激光水听器, 对该水听器的抗加速度性能进行了研究.建立了双膜片结构水听器的加速度灵敏度理论模型, 分析了水听器各部件的尺寸大小、材料参量与水听器加速度灵敏度的关系, 实现了对水听器结构的优化设计;加工制作了分布反馈式光纤激光水听器原型样品, 并进行了实验研究.测量结果表明, 在2.5～10 kHz的频率范围内, 该结构水听器的平均声压灵敏度为－132.6 dB, 波动幅度不大于±0.5 dB, 加速度灵敏度小于－28 dB.该水听器在保证了较高声压灵敏度与平坦的响应曲线的同时, 抗加速度性能也得了有效改善, 可大大提高光纤激光水听器阵列在运动状态下对远距离目标探测的信噪比.

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。