細(xì)徑保偏光纖耦合器熔融拉錐制造技術(shù)的研究.pdf

1、保偏光纖耦合器是應(yīng)用保偏光纖制作的光纖耦合器，是實(shí)現(xiàn)線偏振光耦合、分用以及復(fù)用的關(guān)鍵器件，是組成光纖陀螺的重要器件。在保偏光纖器件制造中采用細(xì)徑光纖不僅可以減小器件體積，增加光纖陀螺的集成化程度，降低生產(chǎn)成本和光纖溫度敏感，而且能夠提高光纖陀螺的性能。采用細(xì)徑保偏光纖是光纖器件發(fā)展的重要趨勢(shì)，因而研究細(xì)徑保偏光纖耦合器的制造具有重要意義。
　　隨著光纖直徑向幾十微米尺寸延伸，不利于光纖對(duì)軸和熔融拉錐的很多特性突顯，例如光纖易于彎曲

2、扭轉(zhuǎn)、強(qiáng)度降低和幾何尺寸減少等，并且熔融拉錐過(guò)程對(duì)各物理量的控制要求更加精密，因而對(duì)保偏光纖對(duì)軸和熔融拉錐過(guò)程中拉力、溫度和速度等各物理量的控制提出了更高的要求。本文對(duì)細(xì)徑保偏光纖耦合器熔融制造中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，從細(xì)徑保偏光纖的高精度對(duì)軸、熔融拉錐蠕變建模、拉力控制及加熱方式等四個(gè)方面進(jìn)行深入研究，并且最后在此基礎(chǔ)上建立細(xì)徑保偏光纖耦合器制造實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　在保偏光纖高精度對(duì)軸方面，建立細(xì)徑保偏光纖的折射率模型，利用有限元軟件

3、對(duì)細(xì)徑保偏光纖的側(cè)向成像進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果分析選擇焦點(diǎn)附近的最大光強(qiáng)變化檢測(cè)保偏光纖的偏振軸。提出一種光纖與電動(dòng)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)中心同軸度的調(diào)節(jié)方法，經(jīng)圖像處理得到光纖圖像的輪廓，采用最小二乘法計(jì)算出光纖中心的直線方程，得到光纖中心與電動(dòng)旋轉(zhuǎn)中心的距離。采用基于閾值的圖像清晰度函數(shù)，確定顯微鏡檢測(cè)的位置，然后將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉濾波和三次樣條擬合，得到保偏光纖偏振軸的位置。
　　在光纖熔融拉錐蠕變建模方面，光纖熔融拉錐的過(guò)程是光纖

4、蠕變的過(guò)程，分析粘彈性材料的玻璃化溫度及假定溫度、力學(xué)性能以及簡(jiǎn)單熱流變特性。通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)得光纖的玻璃化溫度，采用廣義Maxwell模型描述光纖材料在變溫下的應(yīng)力松弛。測(cè)量光纖材料的蠕變恢復(fù)曲線，以遲緩矩為約束條件，采用有條件最優(yōu)化搜索求解光纖材料的遲緩模量系數(shù)和遲緩時(shí)間，建立遲緩模量與松弛模量的關(guān)系，得到松弛模量系數(shù)和松弛時(shí)間。由松弛模量和蠕變?nèi)崃康木矸e關(guān)系建立光纖的蠕變模型，對(duì)兩個(gè)溫度的蠕變模型數(shù)值求解，最后建立光纖蠕變和蠕變速率

5、模型。
　　在光纖熔融拉錐拉力控制技術(shù)方面，設(shè)計(jì)保偏光纖熔融拉力控制裝置。該控制裝置由計(jì)算機(jī)、拉伸機(jī)構(gòu)、圓光柵和電磁力控制電路等組成，通過(guò)檢測(cè)光纖支架的旋轉(zhuǎn)角度，改變線圈中的電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)拉伸力的實(shí)時(shí)控制。建立拉伸機(jī)構(gòu)的三維空間模型，計(jì)算永磁鐵的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)永磁鐵和線圈之間的電磁力進(jìn)行三維有限元仿真，從理論仿真驗(yàn)證該控制方法。設(shè)計(jì)電磁力的控制電路，建立拉力和電磁力的關(guān)系，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立線圈中的電流、支架旋轉(zhuǎn)角度和光纖支架拉力的

6、關(guān)系，實(shí)現(xiàn)熔融拉錐過(guò)程的拉力控制。
　　最后，建立細(xì)徑保偏光纖耦合器制造平臺(tái)。對(duì)細(xì)徑保偏光纖耦合器的制造工藝進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)一個(gè)采用高壓電弧的加熱源，采用電壓閉環(huán)和電流控制，通過(guò)電弧控制電壓控制電弧放電電流。采用紅外熱像儀對(duì)弧區(qū)溫度進(jìn)行測(cè)量，建立弧區(qū)溫度與放電頻率、電弧控制電壓和加熱距離的關(guān)系，檢測(cè)高壓電弧的最高溫度及其加熱穩(wěn)定性。利用有限元方法對(duì)熔融拉錐前進(jìn)行預(yù)熱分析。設(shè)計(jì)了光纖夾持夾具，研究熔融拉錐速度的控制策略和消光比測(cè)試光路