超精密研磨法加工石英光纤微透镜技术的研究

摘要

光纤耦合技术是影响光纤系统的关键技术,光纤微透镜则是光纤耦合的关键部件,成批量地精确地加工光纤微透镜对其生产有着重要意义.因此本课题对常用的楔形、锥形石英光纤微透镜的加工技术进行了研究,并通过对其进行实验研究以分析其关键工艺参数对加工效果的影响.研究的目的在于找到一种比较通用的可用于生产的石英光纤微透镜加工工艺方法,为批量生产打下基础.本论文主要做了以下几方面的工作:1.通过分析几种不同加工方法的特点,确定采用光纤超精密研磨辅以放电熔弧的方法加工光纤微透镜.2.结合超精密研磨理论对石英光纤超精密研磨技术进行研究;确定石英光纤研磨方式;对研磨轨迹进行设计分析确定研磨盘类型;对研磨预紧压力进行了计算分析,确定其变化规律;建立熔弧近似模型.3.搭建光纤研磨系统,并对其控制程序流程进行设计;编制运行软件程序;改进测量检测方法,减小人为测量误差.4.对研磨工艺参数进行实验分析,分析对研磨效率及表面质量的影响因素,及研磨的缺陷分析;对工艺流程实验进行设计,并实现对特定几何参数要求的楔形、锥形光纤微透镜的工艺流程的参数优化.5.对熔弧工艺参数进行实验分析,为不同熔弧曲率要求提供实验基础.本论文实现了对两种石英光纤微透镜加工工艺的改进,并且对其进行实验,验证了良好的重复性,为光纤微透镜的批量加工技术提供了一定的理论和实验支持.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1光纤微透镜的应用及发展历程

1.2光纤材料及石英光纤特点

1.3石英光纤微透镜的加工

1.3.1石英光纤微透镜的加工方法

1.3.2光纤微透镜的加工要求

1.4课题研究意义及主要内容

第2章石英光纤微透镜加工机理

2.1石英光纤微透镜的超精密研磨技术

2.1.1超精密研磨技术

2.1.2石英光纤的研磨技术

2.2放电熔弧法成形光纤微透镜

2.2.1熔融态石英的表面张力

2.2.2熔弧法成形光纤微透镜的近似模型

2.3本章小结

第3章光纤研磨系统的搭建与控制软件设计

3.1光纤研磨系统的工作原理及搭建

3.2光纤微透镜几何参数的测量

3.3光纤研磨系统控制程序设计

3.4本章小结

第4章石英光纤微透镜超精密研磨工艺研究

4.1石英光纤研磨效率的影响因素

4.2石英光纤研磨表面质量的影响因素

4.3楔形光纤微透镜的研磨工艺

4.3.1研磨工艺的工序

4.3.2粗磨工艺方法及实验

4.3.3精磨工艺实验

4.4锥形光纤微透镜的研磨工艺

4.4.1研磨对称度的主要影响因素

4.4.2锥形光纤微透镜研磨工艺实验

4.5研磨实验注意事项

4.6本章小结

第5章石英光纤微透镜熔弧工艺的实验研究

5.1光纤微透镜熔弧工艺实验

5.1.1实验设备及流程设计

5.1.2熔弧参数对熔弧曲率的影响

5.1.3熔弧参数的确定

5.2熔弧注意事项

5.3本章小结

结论

附录Ⅰ研磨和熔弧工艺实验数据

附录Ⅱansys接触分析代码

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢