声波激励的水面微幅波携带了水下目标声源的信息,实现其探测为对潜通信、水下目标探测乃至流体介质的特性参数识别等难题提供了新的解决思路。声波激励的水面微幅波是水下声源信息传递的媒质,研究声波激励的水面微幅波理论及检测技术具有非常重要的意义。本文的研究工作围绕声波激励水面微幅波的光学外差检测这一主题展开,从理论分析和实验研究两个角度探讨光外差法检测水面微幅波的可行性。本文的主要研究工作包括:(1)建立声波激励水面微幅波的理论模型,推导表面张力作用下水表面微幅波的边界条件,给出了简谐声波激励水面微幅波控制方程的初始条件。推导了声波激励水面微幅波控制方程的解析解,并以声压为1Pa、频率为100Hz简谐声波为例,利用有限差分法给出了水面微幅波控制方程的数值解。研究了典型水下目标辐射噪声的一般特性、声波激励水面微幅波的基本运动特点,并对水表面的激光散射现象进行了理论研究,分析了水面微幅波外差检测信号的显著特点。在此基础上,提出了一种基于参考光高频相位调制的水面微幅波光外差检测方法,并搭建了一套激光外差检测系统用于获取较高质量的水面微幅波外差检测信号。(2)对于1k Hz以上中高频段声波激励水面微幅波特征参数的识别问题,提出了一种调制度分析方法。在频域内,通过设定频谱阈值提取出水面微幅波所在频段的有效频谱分量,再计算这些频谱分量的中心频率实现了水面微幅波频率的检测;再估算外差检测信号的低频带信号分量经过水面微幅波频移作用后的振幅衰减程度,实现水面微幅波对外差检测信号调制深度的估计,进而反求出水面微幅波的振幅。对1k Hz到10k Hz频段内振幅稳定的水面微幅波进行了探测实验,结果表明频率的测量重复性(2σ)优于2Hz;振幅的测量重复性(2σ)优于2nm。实验室条件下,该方法可检测水面微幅波的频率下限为0.5k Hz,振幅可检测范围为0.5nm~121.0nm。(3)针对中低频段声波激励水面微幅波外差检测信号的解调问题,提出了一种改进的PGC解调方法。该方法通过4路不同相位的一倍频和二倍频载波信号与原始外差信号进行混频、滤波和微分交叉相乘方法处理后得到了4路相位解调信号,从解调信号的强度、原始信号的包络以及载波的调制深度中计算出水面微幅波的振幅。从4路相位解调信号遴选出强度最大的解调信号做滤波和频谱分析,提取信号主频即可得到水面微幅波的频率。对频率范围0.1k Hz到2k Hz的中低频水面微幅波进行了检测实验,结果表明该方法振幅测量重复性(2σ)优于4nm,频率的测量重复性(2σ)优于1Hz,频率的可探测下限为50Hz。(4)实验室条件下对声波激励水面微幅波进行了探测实验。对不同驱动强度和驱动频率条件下的声波激励微幅波进行了外差探测,并用调制度分析方法和改进PGC解调法对水面微幅波频率和振幅进行了解调。实验结果充分证明了调制度分析法和改进PGC解调法的有效性。对大尺度扰动波条件下的声波激励水面微幅波也进行了实验研究,实验结果表明改进PGC解调方法能够在大尺度低频干扰下准确地检测出水面微幅波的频率。理论仿真和实验研究表明本文提出的声波激励水面微幅波光学外差检测技术及一系列信号解调方法很好地实现了声波激励水面微幅波特征参数的检测。这些研究工作为水下声源信息的水面声光传感奠定了技术基础,进一步推动了水下声源的“激光-声”联合探测技术的发展。