光纤透镜微磨削的若干问题研究
发布时间:2020-06-12 07:33
【摘要】:光纤透镜是广泛使用于光纤通讯领域的耦合器件,将光纤端面加工成特殊形状可以提高光纤的光耦合效率,而传统的光纤透镜加工方法已不能满足光纤透镜日益增长的需求与光纤透镜形状多样化的需求。随着微磨削技术的发展,微磨削技术已经被应用于晶体材料微小器件的加工中,而且效率高并可以获得粗糙度达到纳米级别的工件表面,因此可将其应用到光纤透镜的制作加工中。开展光纤透镜微磨削加工技术的理论与试验研究,对光纤透镜及微磨削技术的发展与应用都具有一定的理论和现实意义。本文首先引入光纤透镜的基本概念,简述光纤透镜加工方法的发展状况,比较几种方法的优势与不足,然后引入了微磨削技术,综述了微磨削技术的国内外发展现状,总结出使用微磨削方法加工光纤透镜的可行性与必要性。其次在国内外学者对微磨削力的研究基础上,引入尺寸效应,动态磨粒个数等因素对光纤透镜微磨削建立了微磨削力模型,并在微磨削力的研究基础上,引入材料理论力学知识,开展了光纤透镜微磨削过程中的变形数学模型的建立,为光纤透镜微磨削加工提供了一定的理论基础。然后针对60°楔形光纤透镜、60°锥形光纤透镜进行微磨削试验研究,结合光纤变形模型总结出了微磨削参数对楔形光纤透镜的成形精度包括平面度、角度、偏轴量的影响规律与微磨削参数对锥形光纤透镜的成形精度包括直线度、角度、偏轴量的影响规律。根据楔形、锥形微磨削实验结果及方法步骤选择微磨削参数加工出成形精度较高的不同角度楔形、锥形、斜面光纤透镜。也成功的使用微磨削方法在光纤端面加工出圆柱形状透镜和球形光纤透镜微磨削加工,扩展了微磨削方法加工光纤透镜的种类。最后总结了本课题的主要结论与课题研究过程中出现的不足,并对未来的研究方向提出了建议与展望。
【图文】:
1.2 光纤透镜制造发展现状普通的光纤是由折射率不同的内层纤芯和外层包层组成的圆柱状媒介如图1.1(a)所示。当纤芯折射率 N1大于包层的折射率 N2,且入射角满足全反射条件时,根据光波导理论,入射光将沿着纤芯向前传导如图 1.1(b)所示。光纤透镜法通过直接对光纤进行微加工处理,将光纤端面制作成不同形状的透镜,改变光纤纤芯以及外包层折射率分布、光纤端面形貌,从而改善器件之间插入损耗和回波损耗,提高光纤器件耦合效率。其加工方法主要有化学蚀刻法[6-8]、熔接法[9]、熔融拉锥法[10,11]、UP-TAPER 法[12]、光阻法[13]、镭射微车床法[14,15]、研磨抛光法[16-18]。
(b)光图 1.1 光纤结构及工作原理[1].1Structure and Fundamental diagram o镜的方法最初是由 M. Ohtsu[8]等是高纯度的熔融石英 SiO2,能学反应:二氧化硅和较低浓度的的 HF 反应生成 H2SiF6和水,反SiOHFSiFHO242+ 4 →+2(SiOHFHSiFHO2262+ 6 →+2(
【学位授予单位】:沈阳理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH74
本文编号:2709206
【图文】:
1.2 光纤透镜制造发展现状普通的光纤是由折射率不同的内层纤芯和外层包层组成的圆柱状媒介如图1.1(a)所示。当纤芯折射率 N1大于包层的折射率 N2,且入射角满足全反射条件时,根据光波导理论,入射光将沿着纤芯向前传导如图 1.1(b)所示。光纤透镜法通过直接对光纤进行微加工处理,将光纤端面制作成不同形状的透镜,改变光纤纤芯以及外包层折射率分布、光纤端面形貌,从而改善器件之间插入损耗和回波损耗,提高光纤器件耦合效率。其加工方法主要有化学蚀刻法[6-8]、熔接法[9]、熔融拉锥法[10,11]、UP-TAPER 法[12]、光阻法[13]、镭射微车床法[14,15]、研磨抛光法[16-18]。
(b)光图 1.1 光纤结构及工作原理[1].1Structure and Fundamental diagram o镜的方法最初是由 M. Ohtsu[8]等是高纯度的熔融石英 SiO2,能学反应:二氧化硅和较低浓度的的 HF 反应生成 H2SiF6和水,反SiOHFSiFHO242+ 4 →+2(SiOHFHSiFHO2262+ 6 →+2(
【学位授予单位】:沈阳理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH74
【参考文献】
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本文编号:2709206
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