硫系光纤连接器制备、性能测试及其影响因素研究

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硫系玻璃是一种以硫(S)、硒(Se)、碲(Te)三种元素基质,并辅之于一些其他类金属元素(锗Ge、砷As、锑Sb等)构成的非氧化物玻璃。因其拥有较低的声子能量,良好的中远红外透过性,在中红外波长区域的激光导能、光纤传感、以及医疗等领域有着很广的应用前景。并且,由于硫系光纤超高的非线性系数(n2=220×10-18 m2/W),也促进了其在中红外超连续谱光源、中红外拉曼和布里渊光纤激光器等领域的研究应用。然而,由于硫系玻璃光纤的熔点温度较低、机械强度较弱,使得硫系光纤与其它光纤如何进行连接成了一个难题。而光纤连接器作为目前光纤通信系统中使用量最大、应用范围最广的光无源器件,具备了对接方便、灵活性高、稳定性强等优点,可以实现硫系光纤与同种光纤或不同种光纤之间的对接。国际上虽有一些商业公司有硫系光纤连接器产品出售,但是对于硫系玻璃光纤连接器制作加工、端面研抛的工艺技术研究报道甚少。本文在借助石英光纤连接器制备和光纤端面研磨相关技术和资料的基础上,深入开展了硫系光纤连接器的制备工艺、端面研磨抛光工艺参数、光学性能(插入损耗和回波损耗)测试以及光学性能的影响因素研究,文章主要结构如下:第一章是绪论,主要介绍了本课题的来源及研究意义,并且对光纤连接器的发展现状以及硫系玻璃光纤的性能特点做了一个概述,最后对硫系光纤连接器的研究进展做了一个简单的回顾。在第二章中详细介绍了As2S3玻璃的熔制步骤,并且利用挤压法制备了光纤预制棒,利用拉丝塔将其拉制成纤芯9.8μm,包层240μm的光纤,并包裹上PES作为涂覆层以提供保护作用。其中As2S3玻璃光纤的一些性能,例如玻璃硬度、红外透过范围、折射率以及光纤损耗等都得到了测试。本章的最后半部分介绍了As2S3光纤连接器的制备过程。第三章阐述了硫系光纤连接器光学性能及其影响因素。通过对光纤连接器的光学性能指标(插入损耗和回波损耗)建立理论模型,详细讨论了主要影响插入损耗和回波损耗的关键性因素,其中包含模场失配、端面空隙、端面角度、光纤端面粗糙度、横向移位以及变质层等。并且对插针体形貌参数(顶点偏移、曲率半径和光纤凹陷量)做了概述,以及其对硫系光纤连接器端面物理接触的影响做了简单的讨论。第四章的主要内容是As2S3光纤连接器端面研磨抛光工艺研究,通过对石英光纤连接器端面的研抛和插入损耗的测试,满足工业使用要求后,设计了硫系光纤连接器端面研磨和抛光工艺研究,而最终对硫系光纤确定了一组最优化的研磨抛光参数。对制备的As2S3光纤连接器性能参数测试结果和分析集中在第五章,包括对端面粗糙度、插针体端面形貌参数、插入损耗、回波损耗以及光纤连接器重复性等进行了测试,并对测试结果进行了简要分析。论文最后一章对全文进行了总结,并指出了其中实验的一些不足之处,希望能够在之后的研究中能够得到解决,并且展望了硫系玻璃光纤连接器的应用前景。
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