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第1章 光纤器件制备导论 1

1.1 光纤器件的分类 2

1.2 光纤器件的制作方法 4

1.3 光纤器件的熔融拉锥流变制备方法 6

参考文献 10

第2章 光纤器件熔融拉锥工艺实验 14

2.1 耦合机理及结构参数的影响 14

2.1.1 耦合机理 14

2.1.2 结构参数对性能的影响 17

2.2 光纤器件的制备与性能测试 19

2.2.1 实验设备 19

2.2.2 制作流程 20

2.2.3 性能指标及测试方法 20

2.3 工艺参数与器件性能的相关规律 23

2.3.1 拉伸速度对性能的影响 23

2.3.2 预设分光比对性能的影响 25

2.3.3 相同工艺参数条件下的性能 27

2.4 工艺参数的测试 29

2.5 典型流变缺陷 31

2.6 小结 34

参考文献 35

第3章 光纤器件微观结构测试与分析 36

3.1 测试方法——红外光谱 36

3.1.1 红外光谱基本原理 36

3.1.2 分子的振动模式 38

3.1.3 Si—O—Si振动模式 40

3.2 红外频率与微观结构的关系 41

3.2.1 红外频率与键角的关系 41

3.2.2 键长与键角的关系 44

3.2.3 键角与分子体积的关系 46

3.3 微观结构测试与分析 48

3.3.1 测试结果 48

3.3.2 结果分析 51

3.4 小结 53

参考文献 53

第4章 光纤器件熔融拉锥过程的有限元分析与建模 55

4.1 广义麦克斯韦模型建立的算法研究 55

4.1.1 松弛模量的表达方式 55

4.1.2 拟合算法的提出 56

4.1.3 广义麦克斯韦模型参数的确定 59

4.2 等温条件下的本构方程 62

4.2.1 广义麦克斯韦黏弹模型 62

4.2.2 三维黏弹本构方程 66

4.2.3 积分型本构方程的增量形式 68

4.3 温度对松弛的影响及时温等效方程 69

4.3.1 时温等效原理 69

4.3.2 Tool-Narayanaswamy转变方程 71

4.4 小结 74

参考文献 75

第5章 光纤器件熔融拉锥过程仿真 77

5.1 有限元数值法 77

5.1.1 有限元法求解基本思路 77

5.1.2 力的平衡方程 78

5.1.3 几何变形方程 79

5.1.4 本构方程 79

5.2 几何模型的建立 80

5.3 光纤耦合器预加热分析 81

5.3.1 传热基本方程 81

5.3.2 单元选取与划分 81

5.3.3 火焰温度场分析 82

5.3.4 热分析的边界条件 83

5.3.5 热分析结果 84

5.4 光纤耦合器拉锥过程分析 86

5.5 熔融拉锥过程仿真结果与分析 89

5.5.1 光纤耦合器应力应变分析结果 89

5.5.2 光纤耦合器流变形状分析结果 90

5.5.3 工艺参数对光纤耦合器应力分布的影响 91

5.6 小结 94

参考文献 95

第6章 一种基于新型加热系统的熔融拉锥机 96

6.1 一种新型电阻加热系统的设计、制造与分析 96

6.1.1 加热方式与加热材料 96

6.1.2 电阻加热器的结构设计 99

6.1.3 电阻加热器的温度场分析 101

6.1.4 电阻加热器的供电系统 109

6.1.5 电阻加热系统的实验研究 111

6.2 一种电阻加热熔融拉锥机 116

6.2.1 熔融拉锥机总体设计 116

6.2.2 加热器工装的校核 122

6.2.3 熔融拉锥机性能实验 124

6.3 小结 127

参考文献 128

第7章 光纤器件端面研磨导论 130

7.1 光纤连接器的研究现状 131

7.1.1 光纤连接器插针体端面形状 132

7.1.2 提高光纤连接器回波损耗的途径 134

7.1.3 光纤连接器端面研磨与抛光 135

7.2 与光纤连接器端面研磨抛光加工相关的几个问题 136

7.2.1 硬脆材料塑性域超精密加工理论的研究 136

7.2.2 光学玻璃超精密研磨抛光加工变质层的研究 138

7.2.3 SiO2玻璃压缩特性的研究 139

参考文献 139

第8章 影响光纤连接器光学性能的关键因素及端面研磨抛光工艺试验研究 142

8.1 影响光纤连接器光学性能的关键因素研究 142

8.1.1 光纤连接器的性能指标 142

8.1.2 光纤端面间隙对连接器光学性能的影响 143

8.1.3 光纤端面粗糙度对光反射和透射的影响 146

8.1.4 插针体端面形状参数及其对连接器光纤物理接触的影响 148

8.1.5 光纤端面变质层与连接器光学性能的关系 154

8.2 光纤连接器端面研磨抛光试验 157

8.2.1 试验设备及基本步骤 158

8.2.2 研抛机运动参数及研磨压力的确定 160

8.2.3 光纤连接器端面研磨试验 162

8.2.4 光纤连接器端面抛光试验 167

8.3 小结 171

参考文献 171

第9章 连接器端面研磨加工时光纤材料的去除 173

9.1 光纤压痕试验研究 174

9.1.1 光纤的宏观特性和细观特性 174

9.1.2 光纤压痕试验 175

9.1.3 压痕形成过程 178

9.2 研磨过程中光纤材料去除的脆－塑转变研究 180

9.2.1 光纤材料去除的脆－塑转变临界切削深度 180

9.2.2 金刚石磨粒对光纤的最大切削深度计算 182

9.2.3 连接器端面研磨加工时光纤材料去除模式的试验 185

9.2.4 讨论 187

9.3 光纤端面研抛变质层的红外光谱测试 188

9.3.1 光纤红外光谱特征峰波数与其微观结构的关系 188

9.3.2 光纤端面研抛变质层红外光谱测试 190

9.4 小结 194

参考文献 195

第10章 光纤端面研磨变质层形成的有限元仿真 197

10.1 光纤材料的弹塑性本构模型 197

10.1.1 光纤材料的弹性本构关系 198

10.1.2 光纤材料在研磨加工时的屈服准则 199

10.1.3 光纤材料的塑性体积应变 200

10.2 光纤材料本构模型在通用有限元系统ABAQUS中的实现 202

10.2.1 光纤材料弹塑性本构模型的矩阵形式 203

10.2.2 光纤材料的弹塑性增量计算 205

10.2.3 光纤材料本构模型子程序UMAT的实现 209

10.3 光纤材料弹塑性本构模型参数的获取 210

10.3.1 光纤在维氏压头作用下的“载荷－压深”关系测量 210

10.3.2 光纤维氏压痕过程的有限元仿真 211

10.4 光纤研磨过程的三维有限元仿真 215

10.4.1 光纤研磨过程的三维有限元仿真计算模型 215

10.4.2 光纤研磨过程的三维有限元仿真计算结果 217

10.5 小结 223

参考文献 223