层压工艺对埋入光纤传输性能影响分析
发布时间：2021-09-07 14:37
针对层压工艺下,埋入挠性光电基板的光纤,其应力、位移的变化,会影响光路的耦合效率,改变光纤有效折射率,导致传输性能发生变化的问题,采用有限元分析软件,对光纤埋入不同槽型的挠性光电基板进行了力学、传热和电磁场耦合分析.分析结果表明:光纤埋入梯形槽挠性基板的应力最大,达到68.336 7MPa.埋入梯形槽的光纤位移量最大,其值为1.430 4μm.随着槽宽增加,光纤最大等效应力从52.667MPa增加至71.907 MPa;随着槽间距增加,光纤最大应力从51.589 MPa增加至53.567MPa;随着槽深增加,光纤最大应力从52.667MPa减小至47.793 8 MPa,然后增加到67.349 6MPa.随着温度和压力的增加,单模光纤在X方向的有效折射率从1.446 249 977增加至1.446 259 084;Y方向的有效折射率从1.446 326 398增加至1.446 393 041.光纤有效折射率差会随着温度的增加而增大,随着压力的增加而减小.光纤有效折射率增加,限制光的能力增加,能够有效地减小光纤弯曲损耗.本文分析结果对挠性光电基板光纤埋入结构设计和层压工艺具有一定的参考价...
【文章来源】：光子学报. 2020,49(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
光纤埋入矩形槽挠性基板示意
层压工艺对挠性光电基板的成形性能影响重大．影响层压工艺的参数主要有温度、时间和压力．层压工艺曲线随着不同的基体材料有所区别．低温共烧陶瓷层压工艺压力大，温度较低时间短[13]，而对于高分子基体材料，为了使固化片充分固化，一般温度较高，成形时间较长．根据已有对聚酰亚胺树脂基和环氧树脂单层覆铜板的层压工艺研究[14]，本文选取的层压工艺曲线如图2．由图可知，压力采用三段式加压法，温度则区分为不同的阶段．首先对挠性光电基板从室温（25℃）上升到130℃，此时压力为0MPa；然后在15min内将压力增加到1 MPa（温度为130℃）；再将温度升到180℃并加压到2MPa保压0.5h，接着升温到220℃在2MPa的环境下保温固化2h，最后卸载压力和温度．升温速率和降温速率均为5℃/min.对光纤埋入挠性基板层压分析时，固体力学中设置下板为固定约束，左右两侧为自由，上板加载压力；固体传热模块中，上下板均加载温度曲线，左右两侧为热绝缘，最后添加多物理场耦合．
图3为层压工艺下，三种槽型内的光纤应力分布．由图可知，4根光纤的应力分布均匀，且最大应力均在光纤顶部与填充胶接触的地方．层压过程中，光纤埋入梯形槽挠性基板的应力最大，最大值为68.336 7MPa；光纤埋入矩形槽挠性基板的应力为52.667 MPa；光纤埋入U形槽挠性基板应力为51.312MPa．根据Griffith强度理论分析，光纤实际断裂强度为4.07GPa[10]，远大于3种槽型种光纤受到的应力，在此种层压工艺条件下，光纤能够正常应用．光纤在温度和压力的影响下，会发生偏移，偏移越大，光纤耦合效率越低[15]．光纤埋入不同槽型挠性基板下的总位移曲线中埋入梯形槽的光纤位移量最大为1.430 4μm，埋入矩形槽与U形槽的光纤位移曲线基本重合，相差无几，为1.296μm，但是U形槽加工工艺复杂，精度难以达到要求，因此，层压工艺下，光纤埋入矩形槽结构为最优选择，后续分析中采用矩形槽进行分析．
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于极寒温度的特种光纤的结构与弯曲损耗研究[J]. 曹珊珊,郭朝阳,王震,刘志忠,耿培恒,徐海涛,朱京,邓黎,曹勇,韦玮. 光子学报. 2019(11)
[2]不同槽型结构挠性基板对光纤应力应变的影响[J]. 夏安思,周德俭,佘雨来. 桂林电子科技大学学报. 2019(02)
[3]埋入光纤挠性基板的光电耦合模块设计[J]. 雷庭,周德俭,唐睿强,陈小勇. 发光学报. 2019(01)
[4]基于断裂机理的板级电路光纤埋入结构设计[J]. 成磊,周德俭,吴兆华. 机械工程学报. 2016(09)
[5]少模光纤的弯曲损耗研究[J]. 郑兴娟,任国斌,黄琳,郑鹤玲. 物理学报. 2016(06)
[6]基于U型弯曲光纤模间干涉的折射率传感[J]. 唐洁媛,张佺佺,曾央夫,罗云瀚,陈哲,余健辉,卢惠辉,张军. 光子学报. 2015(05)
硕士论文
[1]基于光波导互连的EOPCB的研究[D]. 张金星.华中科技大学 2011
本文编号：3389726
【文章来源】：光子学报. 2020,49(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
光纤埋入矩形槽挠性基板示意
层压工艺对挠性光电基板的成形性能影响重大．影响层压工艺的参数主要有温度、时间和压力．层压工艺曲线随着不同的基体材料有所区别．低温共烧陶瓷层压工艺压力大，温度较低时间短[13]，而对于高分子基体材料，为了使固化片充分固化，一般温度较高，成形时间较长．根据已有对聚酰亚胺树脂基和环氧树脂单层覆铜板的层压工艺研究[14]，本文选取的层压工艺曲线如图2．由图可知，压力采用三段式加压法，温度则区分为不同的阶段．首先对挠性光电基板从室温（25℃）上升到130℃，此时压力为0MPa；然后在15min内将压力增加到1 MPa（温度为130℃）；再将温度升到180℃并加压到2MPa保压0.5h，接着升温到220℃在2MPa的环境下保温固化2h，最后卸载压力和温度．升温速率和降温速率均为5℃/min.对光纤埋入挠性基板层压分析时，固体力学中设置下板为固定约束，左右两侧为自由，上板加载压力；固体传热模块中，上下板均加载温度曲线，左右两侧为热绝缘，最后添加多物理场耦合．
图3为层压工艺下，三种槽型内的光纤应力分布．由图可知，4根光纤的应力分布均匀，且最大应力均在光纤顶部与填充胶接触的地方．层压过程中，光纤埋入梯形槽挠性基板的应力最大，最大值为68.336 7MPa；光纤埋入矩形槽挠性基板的应力为52.667 MPa；光纤埋入U形槽挠性基板应力为51.312MPa．根据Griffith强度理论分析，光纤实际断裂强度为4.07GPa[10]，远大于3种槽型种光纤受到的应力，在此种层压工艺条件下，光纤能够正常应用．光纤在温度和压力的影响下，会发生偏移，偏移越大，光纤耦合效率越低[15]．光纤埋入不同槽型挠性基板下的总位移曲线中埋入梯形槽的光纤位移量最大为1.430 4μm，埋入矩形槽与U形槽的光纤位移曲线基本重合，相差无几，为1.296μm，但是U形槽加工工艺复杂，精度难以达到要求，因此，层压工艺下，光纤埋入矩形槽结构为最优选择，后续分析中采用矩形槽进行分析．
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于极寒温度的特种光纤的结构与弯曲损耗研究[J]. 曹珊珊,郭朝阳,王震,刘志忠,耿培恒,徐海涛,朱京,邓黎,曹勇,韦玮. 光子学报. 2019(11)
[2]不同槽型结构挠性基板对光纤应力应变的影响[J]. 夏安思,周德俭,佘雨来. 桂林电子科技大学学报. 2019(02)
[3]埋入光纤挠性基板的光电耦合模块设计[J]. 雷庭,周德俭,唐睿强,陈小勇. 发光学报. 2019(01)
[4]基于断裂机理的板级电路光纤埋入结构设计[J]. 成磊,周德俭,吴兆华. 机械工程学报. 2016(09)
[5]少模光纤的弯曲损耗研究[J]. 郑兴娟,任国斌,黄琳,郑鹤玲. 物理学报. 2016(06)
[6]基于U型弯曲光纤模间干涉的折射率传感[J]. 唐洁媛,张佺佺,曾央夫,罗云瀚,陈哲,余健辉,卢惠辉,张军. 光子学报. 2015(05)
硕士论文
[1]基于光波导互连的EOPCB的研究[D]. 张金星.华中科技大学 2011
本文编号：3389726
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