全光纤马赫-曾德尔干涉仪制作过程中的受力预分析

发布时间：2021-02-06 23:56

　　全光纤马赫-曾德尔干涉仪的制作工艺包括对光子晶体光纤和单模光纤的切割、熔接以及拉锥。文章首先运用接触力学理论,对V型槽内的光子晶体光纤内部应力进行分析,推导出光子晶体光纤内部最大的应力点位于平行于接触面的最外层空气孔处,采用有限元分析验证了此结论,并给出了光子晶体光纤内部应力分布图和应变分布图,计算出了进行光子晶体光纤切割、熔融固定时的最大载荷。然后对内部具有球形空气腔的光纤进行受力分析,推导出光纤内部最大的应力点位于空气球边缘上距离光纤表面最近处,有限元分析验证了此结论,并给出了光纤受拉力后的内部应力分布图和应变分布图,为制造纤内纺锤形空气腔提供了理论基础。 

【文章来源】：半导体光电. 2020,41(03)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

全光纤马赫-曾德尔干涉仪结构示意图

仿真选用SM-7型实芯PCF，其外包层半径为65μm，空气孔半径r=1.41μm，孔间距Λ=5.43μm，有5层空气孔[12]。实验选用的光纤熔接机是将光子晶体光纤固定在夹角为60°的V型槽中，夹板固定在上面，如图2所示。假设光纤内部均匀，完全由纯石英材料制成，无空气孔，则光纤与夹板最初接触于一条直线上。当施加线载荷P时，就变成了二维接触问题。以端面上的接触点作为直角坐标系Oxyz的原点O,y轴方向为光子晶体光纤轴向方向，xy平面是两物体的切平面，Oz轴垂直于xy平面。

从图3和4可以看出，光子晶体光纤最大应变量和最大应力与所加载荷近似呈线性关系，当载荷大于0.10N/μm时，线性关系不再成立。这是因为当应力超过光纤的理论强度后，光子晶体光纤空气孔结构被破坏，光子晶体光纤结构随之发生了变化。当载荷为0.10N/μm时，应力达到光纤的理论强度，即光子晶体光纤所能承受的最大线载荷约为0.10N/μm。光子晶体光纤在载荷为0.10N/μm时的应力分布图和应变分布图分别如图5和图6所示。采用有限元方法验证时，采用的是微米量级单元，1m2=1012μm2，所以图5中的应力需乘1012转化为标准单位Pa。图4 光纤最大应力随载荷的变化关系图

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3021293