新型电加热熔融拉锥机研制

摘要

熔锥型光纤器件是全光器件中最具代表性，也是构成其它器件的一种基础器件，在光纤传感和光纤通信中得到了广泛使用。目前熔融拉锥设备通常采用气体火焰加热，这种加热方式温度场易受外界干扰，温度波动范围大，精确控制难，导致产品性能一致性差和成品率低。虽然旧电阻型加热器可以克服火焰加热方式的缺点，提高熔锥型光纤器件的光学性能，但是由于其自身结构等因素存在一系列问题，在应用推广上受到影响。本章将对旧加热器的优缺点进行综合分析，作出改进，提出一种新型电加热器，并将其嵌入熔融拉锥机，整合优化，促进电加热方式的推广和应用。 主要研究内容如下： 简述传统熔融拉锥机各部分的结构与功能，论述气体火焰加热方和旧加热器的优缺点，从材料和结构上做出改进。在结构上，设计出一种新型电加热器，并将其嵌入熔融拉锥机，进行整合优化。 基于传热学理论建立电加热器的热分析模型，利用数值计算软件，分析了新型电加热器的温度场分布，热应力分布情况。针对电加热器存在高温氧化、装配、接线、隔热等问题提出一套新的工装及工艺流程，并在此基础上对工装温度场分布进行了分析与改进。 在嵌入新型电加热器的熔锥机上进行实验研究。分析拉锥工艺与熔锥型光纤器件损耗的相关规律，确定温度、拉锥速度、预拉伸长度、光纤预加热时间等工艺参数的最优值。最后对制备的光纤耦合器性能离散性进行分析。结果表明，新型电加热器的器件性能一致性优良与旧电加热器相当，均优于火焰加热方式。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题来源及意义

1.1.1课题来源

1.1.2课题研究背景与意义

1.2熔融拉锥技术

1.3熔融拉锥技术的国内外现状以及发展趋势

1.3.1熔融拉锥技术的国内外现状

1.3.2熔融拉锥技术的发展趋势

1.4熔锥型光纤器件分类

1.5熔锥型光纤器件的制造设备

1.6论文的内容安排

第二章新型电加热熔融拉锥机加热器的设计

2.1传统熔融拉锥机工作原理及缺陷

2.2旧电阻加热器

2.3新型电加热器

2.4小结

第三章新型电加热熔融拉锥机加热器的分析

3.1电阻加热器的温度场、热应力场分析

3.2传热的基本方程

3.2.1热传导

3.2.2热对流

3.2.3热辐射

3.3加热器有限元分析

3.3.1电加热器温度场、热应力场数值计算

3.3.2几何模型

3.3.3单元选取

3.3.4电阻加热器的有限元模型

3.3.5载荷与边界条件

3.3.6温度场结果分析

3.3.7温度场对比分析

3.3.8热应力场结果对比分析

3.4小结

第四章新型电加热器工装分析

4.1电加热器工装存在的问题

4.2电加热器工装问题解决方案与分析

4.3电加热器工装工艺路线

4.4电加热器工装温度场分析

4.4.1电加热器初始设计工装的温度场分析

4.4.2改进后结构的温度场

4.5小结

第五章熔融拉锥机的设计

5.1机械运动系统

5.2光功率检测系统

5.3发热体温控系统

5.4熔锥机控制系统

5.5小结

第六章熔融拉锥机实验研究

6.1熔融拉锥机样机

6.2熔融拉锥机实验研究

6.2.1温度

6.2.2拉锥速度

6.2.3预拉伸长度

6.2.4光纤预热时间

6.2.5拉伸延迟时间

6.2.6熔锥机实验分析与总结

6.3耦合器性能离散性比较

6.4小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果