低频声波由于其传播损耗低，且信号的波长较长，易于绕开尺寸较大的障碍物发生衍射，从而在介质中传输很远的距离而衰减很小，因此低频声波在很多场合有着重要的应用，例如水声通信、声呐探测、反潜预警、次声武器等。此外，由于很多人类活动与自然灾害都会产生低频声波信号，因此可以通过对低频声波的测量与分析实现对这类事件的监测与预警，例如泥石流、火山喷发、管道泄漏、火箭发射等。近年来，基于光纤器件的声波传感技术受到了广泛的研究。与传统的电学式传感器相比，光纤传感器具有体积小、重量轻、耐受恶劣环境(高盐高湿、液体、腐蚀性、极端温度)、抗电磁干扰等优点。光纤声波传感器的工作原理是利用光纤中传输光信号的特定维度参数(光强、光频、相位、偏振态等)受到外界声波信号的动态调制，从而使光信号中携带传感器所接收到的声波信息。传感信号解调技术对于光纤声波传感器的工作性能也起着至关重要的作用，即采用何种技术从传感器输出光信号中恢复出声波信息。本论文瞄准光纤低频声波传感技术领域，重点针对信号解调技术以及现有技术普遍易受到不稳定环境因素及噪声干扰的限制，利用不同结构的低频声波光纤传感器件开展了创新性研究，实现了基于波长扫描信号时频域转换光谱调制技术及以此为基础的一系列信号调制解调技术、白光干涉(White light interferometry, WLI)傅里叶相位解调算法、以及基于WLI相位解调的硅微机械加工低频声波传感系统。主要研究内容与创新成果如下：
　　(1)创新性地提出了基于波长扫描的信号时频域转换光谱调制技术。通过对传感器光谱进行波长扫描，利用扫描过程构建的时刻(时域)与波长(光频域)之间的映射关系，将声波信号引起的传感器光谱时域动态调制转换到光频域，加载在波长扫描光谱(wavelength scanned optical spectrum, WSOS)上，因此WSOS携带了声波信号信息。利用长周期光纤光栅作为传感单元，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜作为声光换能结构，搭建了一个强度调制型的低频声波传感器，分析WSOS强度调制原理并设计强度解调算法对WSOS进行分析，实现了1000Hz以下的低频声波信号的探测，最小可探测声压为604.6μPa/Hz1/2@1000Hz，且解调过程可隔绝外界环境不稳定因素(温度、折射率等)对传感器的扰动。
　　(2)提出了WSOS相位解调算法，将基于WSOS的调制-解调技术的适用范围拓展到更为广泛研究与应用的相位调制型(光学干涉型)声波传感器。结合干涉传感原理建立WSOS相位调制的理论模型，并提出一种WSOS零差解调算法。利用3×3光纤耦合器构建迈克尔逊干涉仪传感器，对提出的解调算法进行验证，实现了稳定的声波信号解调。采用斜边滤波解调测试作为对比实验，斜边解调信号在迈克尔逊干涉臂受到的低频热噪声扰动下表现出大于10dB的不稳定性，而同等环境下基于WSOS的相位解调技术可隔绝热噪声扰动，对于声压有很好的线性响应特性，线性拟合度达到了99.6%，进一步证明了基于WSOS的信号调制-解调技术具有良好的抗干扰能力。
　　(3)提出了针对弱反FP型传感器的基于WSOS空间频谱分析的声波信息提取技术，具有多传感器信号识别与复用的能力。对光纤FP传感器的相位调制型WSOS空间频谱进行理论推导，分析了声波引起的相位调制在傅里叶频域内引入的双边带信号的参数特征，对双边带信号的空间频率及相位进行分析，结合传感器空间频率及相位，可提取出传感器接收到的声波信号参数以及传感器自身的信息，因此本技术方案具有应用于多传感器并识别不同传感器信号的能力。本论文分别通过单传感器及双并联传感器对此技术方案及其多传感器信号识别潜力进行了实验探究与验证。
　　(4)提出了基于白光干涉相位解调算法的低频声波传感技术。对干涉传感器空间频率进行傅里叶相位分析，可实现传感器接收外界信号的解调运算。本论文首先采用单模光纤错位熔接结构的线内模式干涉传感器结构对WLI相位解调算法进行了静态传感实验，验证了此技术解调信号对于光谱噪声的隔绝能力，实现了温度-应变双参量同时测量，相位灵敏度分别为-1.47°/℃、0.019°/με；采用硅微机械加工技术制备了外腔FP型低频声波传感器，结合WLI相位解调算法实现了0.5-250Hz低频段的声波传感。实验结果显示在此频段范围内传感器具有平坦的灵敏度响应，灵敏度抖动仅为0.8dB。