深海環境における光ファイバー水中音響センサーの音波検出感度を向上させるために、プッシュプル構造に基づく深海光ファイバー水中音響センサー素子を設計し、深海3000mにおける10Hz〜2kHzの目標水中音響信号を効果的に検出できるようにした。まず、ミケルソン干渉計を基に、プッシュプル型深海光ファイバー水中音響センサーの構成および音圧感度理論を紹介し、次に弾性力学理論を用いて音圧変換メカニズムを解析した。さらに有限要素法によって、水中音響センサーのプローブの弾性筒構造の寸法パラメーターが音圧感度に及ぼす影響をシミュレーションし、水中音響センサーが深海環境で安定に動作するための検討を行った。計算結果に基づき、構造および製造技術が異なる5組の光ファイバー水中音響センサー素子を作製した。最後に、高静水圧感度試験システムにより、深海3000mにおける5組の光ファイバー水中音響センサーの動作性能をシミュレーションし、弾性筒の構造パラメーターと製造技術が深海環境での音圧感度に与える影響を検証した。実験結果は、光ファイバー水中音響センサー素子の構造および製造技術が深海環境での動作性能と安定性に大きく影響することを示した。構造パラメーターと製造技術を最適化した光ファイバー水中音響センサーは、深海3000mにおける10Hz〜2kHz帯域の水中音響信号応答に対して平均音圧感度が<−127 dB re rad/µPa>に達し、最適化前に比べて7 dB re rad/µPa向上した。総じて、最適化されたセンサーは深海の高静水圧下における音波の高感度で信頼性のある検出要求を基本的に満たしている。

光ファイバー水中音響センサー;プッシュプル構造;音波感度;深水耐圧試験