光纤耦合器是光通讯网络中重要的光无源器件,它已经成为实现全光网络的关键元件。目前光纤耦合器大量的使用熔融拉锥工艺法制造。熔融拉锥工艺已成为一种重要的光无源器件制造工艺。从国内外研究的现状来看,目前对熔锥型光纤耦合器的研究主要集中在光波导耦合理论,从制造与工艺的角度对熔融拉锥过程的机理和规律研究不够。特别是对熔融拉锥过程中工艺参数对耦合器性能的影响规律研究还不够,生产工艺参数的调试基本上是处于生产经验的技艺阶段。本文从光纤耦合器粘弹流变的角度,建立了它的物理模型,并对熔融拉锥过程进行了数值求解与分析。 本文首先分析了光纤玻璃高温状态下转变特性和粘弹流变行为。结合粘弹模型以及弛豫理论,建立了光纤玻璃的粘弹三维本构方程。随后将本构方程转化成数值积分的形式。 结合有限元方法,本文建立了光纤耦合器熔融拉锥的粘弹有限元模型。把熔融拉锥的连续过程,转变为离散时间的若干个子步骤迭代求解的过程,实现了光纤耦合器在热和结构两个物理场的耦合分析。求解有限元模型,最终得到了整个熔融拉锥过程的有限元仿真计算结果。改变有限元模型的施载条件,通过分析得到了工艺参数—拉伸速度与加热温度场,对光纤耦合器影响的结果。分析发现当拉伸速度增加时光纤耦合器最大内应力随之线性增加;加热温度场条件改变,直接影响到光纤耦合器轴向和径向的内应力分布和光纤耦合器拉锥形状。 本文最后利用光学性能测试仪器和光学显微镜对不同工艺参数下光纤耦合器的性能进行了实验研究。得出了熔融拉锥工艺参数与光纤耦合器性能之间的规律。