光纤连接器损耗与面型及端接力关系研究

发布时间：2017-09-24 02:38

  本文关键词：光纤连接器损耗与面型及端接力关系研究

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【摘要】：随着大宽带、超高速光纤通信技术的迅猛发展,对未来通信传输质量的要求越来越严格。光纤通信系统中被广泛用来实现两根光纤活动连接的光无源器件之一的光纤连接器也正面临着更严格的技术指标考验。而连接处的裸光纤在整个光网络系统中最易受到环境及外界因素的影响,因此,光纤连接器的光学传输质量的好坏主要取决于连接处插针体端面的连接状态。本文针对实际光网络通信系统中因光纤连接器的介入而产生的额外连接损耗,了解引起连接损耗的各关键性因素并通过理论分析、有限元仿真模拟及实验验证方法研究各因素对连接损耗的作用机理和影响规律。首先,基于光学基本原理,通过详细的理论分析和推导,对引起连接器连接损耗的各因素进行了理论上的优化。研究表明,单模光纤横向错位不超过0.7μm时,引起的插入损耗在0～0.1dB范围内；不考虑光纤端面研磨质量的影响,仅连接过程中出现的端面空气间隙在不超过0.1μm时,引起的插入损耗值在0.13dB以下；同时,插针体端面几何面型参数(包括端面曲率半径、顶点偏移等)也需要满足一定要求才能保证连接器不产生额外连接损耗：经计算发现,插针体端面曲率半径需控制在17mm-20mm范围内、插针体端面顶点偏移量不超过50μm时,引起的插入损耗值在0.13dB以内；不考虑连接器的端面空气间隙及横向错位等机械因素影响时,研磨过程中出现的光纤端面研磨变质层(高折射率损坏层)是影响连接器回波损耗的主要因素。经计算和仿真分析,变质层折射率相对纤芯折射率的变化量越小越能够获得较高的回波损耗,纤芯折射率为1.463的光纤在研磨时产生的高折射率变质层厚度和折射率分别为0.01μm和1.475时能够使回波损耗达到60dB。其次,通过ABAQUS有限元仿真软件研究了轴向端接力对光纤端面空气间隙的补偿修正作用,并通过插针体端面几何面型与端面空气间隙的几何关系间接得到端接力与面型和损耗的关系。仿真结果表明,为了使施加的轴向端接力能够尽可能降低插入损耗而又不引起光弹效应,施加的轴向端接力应控制在0.92N～1.4N范围内。最后,搭建了用于研究端面空气间隙与端接力对连接器插入/回波损耗影响的测量系统。通过实验测量基本能够验证基于ABAQUS有限元仿真模拟以及理论分析与推导的准确性,为今后光纤接插件的设计及工艺的优化提供了一定的理论参考作用。
【关键词】：光纤连接器 连接损耗 端面间隙 端接力 有限元仿真
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题的来源与意义9
• 1.1.1 课题的来源9
• 1.1.2 课题研究的意义9
• 1.2 光纤连接器的发展及国内外研究现状9-12
• 1.3 光纤连接器性能参数12-13
• 1.3.1 插入损耗12-13
• 1.3.2 回波损耗13
• 1.3.3 重复性和互换性13
• 1.4 光纤连接器的分类13-14
• 1.5 论文研究目的与主要内容14-15
• 2 影响光纤连接器损耗的关键性因素研究15-40
• 2.1 光纤横向错位损耗15-19
• 2.2 端面空气间隙引起连接器损耗机理19-23
• 2.3 光纤端面研磨变质层对连接器损耗的影响23-28
• 2.4 插针体端面几何参数与连接损耗的关系28-35
• 2.4.1 连接器插针体端面主要几何参数29
• 2.4.2 光纤连接器插针体的端面曲率半径29-31
• 2.4.3 光纤连接器插针体端面的顶点偏移31-35
• 2.5 端接力对光纤连接器损耗的影响机理35-40
• 2.5.1 Hertz接触理论36
• 2.5.2 基于Hertz接触模型受力分析36-40
• 3 插针体面型及端接力对连接损耗影响的数值模拟40-53
• 3.1 ABAQUS有限元软件简介40
• 3.2 接触分析简介40-41
• 3.3 基于ABAQUS的仿真模型建立41-42
• 3.4 端接力对插针体端面影响的仿真模拟42-47
• 3.4.1 划分网格42-43
• 3.4.2 装配过程有限元仿真结果43-47
• 3.5 端接力引起的光弹效应对连接损耗的影响47-53
• 3.5.1 单模光纤中的光弹效应47-48
• 3.5.2 光弹效应对连接器插回损的影响48-53
• 4 光纤连接器插回损耗的实验研究53-61
• 4.1 端面空气间隙对连接损耗影响的实验研究53-56
• 4.1.1 JW3307A型插回损测试仪53-54
• 4.1.2 插回损测试仪对端面间隙引起损耗的测量54-56
• 4.2 轴向端接力对连接损耗影响的实验研究56-61
• 4.2.1 端接力测试系统57-58
• 4.2.2 端接力测量原理58
• 4.2.3 端接力对连接损耗影响的测量58-61
• 结论61-63
• 参考文献63-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：908898