細徑保偏光纖耦合器熔融拉錐制造技術的研究.pdf

1、保偏光纖耦合器是應用保偏光纖制作的光纖耦合器，是實現(xiàn)線偏振光耦合、分用以及復用的關鍵器件，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。采用細徑保偏光纖是光纖器件發(fā)展的重要趨勢，因而研究細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，不利于光纖對軸和熔融拉錐的很多特性突顯，例如光纖易于彎曲

2、扭轉、強度降低和幾何尺寸減少等，并且熔融拉錐過程對各物理量的控制要求更加精密，因而對保偏光纖對軸和熔融拉錐過程中拉力、溫度和速度等各物理量的控制提出了更高的要求。本文對細徑保偏光纖耦合器熔融制造中的關鍵技術進行研究，從細徑保偏光纖的高精度對軸、熔融拉錐蠕變建模、拉力控制及加熱方式等四個方面進行深入研究，并且最后在此基礎上建立細徑保偏光纖耦合器制造實驗平臺。
　　在保偏光纖高精度對軸方面，建立細徑保偏光纖的折射率模型，利用有限元軟件

3、對細徑保偏光纖的側向成像進行仿真，通過對仿真結果分析選擇焦點附近的最大光強變化檢測保偏光纖的偏振軸。提出一種光纖與電動平臺旋轉中心同軸度的調節(jié)方法，經圖像處理得到光纖圖像的輪廓，采用最小二乘法計算出光纖中心的直線方程，得到光纖中心與電動旋轉中心的距離。采用基于閾值的圖像清晰度函數(shù)，確定顯微鏡檢測的位置，然后將采集的數(shù)據(jù)進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，光纖熔融拉錐的過程是光纖

4、蠕變的過程，分析粘彈性材料的玻璃化溫度及假定溫度、力學性能以及簡單熱流變特性。通過拉伸實驗測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力松弛。測量光纖材料的蠕變恢復曲線，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)和遲緩時間，建立遲緩模量與松弛模量的關系，得到松弛模量系數(shù)和松弛時間。由松弛模量和蠕變柔量的卷積關系建立光纖的蠕變模型，對兩個溫度的蠕變模型數(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方面，設計保偏光纖熔融拉力控制裝置。該控制裝置由計算機、拉伸機構、圓光柵和電磁力控制電路等組成，通過檢測光纖支架的旋轉角度，改變線圈中的電流，實現(xiàn)對拉伸力的實時控制。建立拉伸機構的三維空間模型，計算永磁鐵的空間運動軌跡，對永磁鐵和線圈之間的電磁力進行三維有限元仿真，從理論仿真驗證該控制方法。設計電磁力的控制電路，建立拉力和電磁力的關系，最后通過實驗建立線圈中的電流、支架旋轉角度和光纖支架拉力的

6、關系，實現(xiàn)熔融拉錐過程的拉力控制。
　　最后，建立細徑保偏光纖耦合器制造平臺。對細徑保偏光纖耦合器的制造工藝進行研究，設計一個采用高壓電弧的加熱源，采用電壓閉環(huán)和電流控制，通過電弧控制電壓控制電弧放電電流。采用紅外熱像儀對弧區(qū)溫度進行測量，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系，檢測高壓電弧的最高溫度及其加熱穩(wěn)定性。利用有限元方法對熔融拉錐前進行預熱分析。設計了光纖夾持夾具，研究熔融拉錐速度的控制策略和消光比測試光路