本发明公开一种光纤声波传感器，包括：声场发生装置、声波传感头以及声波解调系统；声波发生装置产生声波信号，声波信号作用于声波传感头；声波传感头包括石墨烯薄膜和单模光纤，石墨烯薄膜和单模光纤端面组合而成光学空气腔，所述单模光纤接收声波解调系统发射的单色光；所述石墨烯薄膜受所述声波信号的动态压力作用形成周期性的振动，石墨烯薄膜周期性的振动导致所述声波传感头的空气腔的腔长周期性的变化，从而使得从单模光纤反射回声波解调系统的单色光为周期性强弱变化的光信号；声波解调系统用于向声波传感头发射单色光，并接收从声波传感头反射回的单色光，根据反射回的单色光解调出待测声波信号。本发明实现了一种超宽频范围的声波测量。