用光学技术测量水下声信号的方法有很多,包括激光干涉法、激光多普勒法,和通量变化法。这些方法的测量精度非常高,但是这些方法对于目标的反射面有十分严格的要求,在实际应用中存在诸多不便。针对于此,我们提出了利用激光衍射的方法测量表面波,该方法可测量频率范围比较大,并且具有实时、无接触和无损等诸多优点,应用性比较广泛。本文根据表面波声光效应的原理,对水下声信号进行探测与处理,主要包括以下四个部分：1、介绍了液体表面波,对液体表面波的光学检测方法做了归纳,重点介绍了六种表面波的光学检测方法,并对这些方法的检测原理,适用范围,优缺点进行了总结。最后对液体表面波的激光探测技术的未来做了展望。2、重点介绍了声光效应,理论上分析了声光效应的原理和表面波光栅,为后面的分析做了铺垫。3、对低频液体表面波的衍射级和入射角的关系进行了讨论。对入射光场进行傅里叶变换,得到了衍射光场的解析表达式。进一步分析得到,衍射条纹的间隔不仅与光栅常数有关,而且与入射角有关。当光栅常数远大于入射光波长时,要观察到清晰的衍射条纹,入射角存在一个临界值,当入射角大于该临界值时,可观察到条纹,反之,则观察不到条纹。本文理论上给出了临界值的大小。4、根据液体表面波声光效应原理,建立了一种探测水下低频声信号的实验装置。水下声信号经过液体传播,在液体表面形成表面声波,当激光束照射液面时,从液面反射的光经表面波调制后,形成清晰的衍射图样。用光电探测器采集该衍射图样,并传输给计算机。实验发现,根据声光效应,介质中的声波类似于衍射光栅。对于几十赫兹的低频液体表面波,它所形成的光栅常数在毫米量级,远大于入射光波波长。当光栅常数远大于入射光波长时,观察到了清晰的衍射图样。并在激光束斜入射的条件下,实验上观察到衍射条纹具有明显的不对称性。根据光栅方程一般表达式,分析得到了衍射条纹的解析表达式,由该表达式可以解释衍射条纹位置和光斑强度的不对称性,及其产生的机理。
