熔锥型光纤耦合器是光纤通讯系统应用广泛的一类光无源器件,在光纤通讯、光纤传感、医疗、国防海洋等领域得到大量的使用。熔融拉锥法(FBT)是制作光纤耦合器等光纤器件的常用方法。本文基于光纤材料弹粘塑性模型对熔融扭转拉锥的过程进行模拟,并对熔融扭转拉锥装置进行设计与分析,对于采用熔融扭转拉锥工艺制造光纤耦合器提供了新的思路。首先,构建单根光纤熔融拉锥后变形区的几何模型,从而分析出两根光纤耦合区锥形的几何模型。建立光纤熔融扭转拉锥模型,确定光纤耦合区域无轴向扭转运动及有轴向扭转运动对分束比的影响。基于光纤材料的流变特性及物理模型,用弹粘塑性模型来描述其流变特性,并从光纤蠕变的角度构建光纤材料的本构方程。其次,从耦合场角度对于两根光纤扭转拉锥过程进行分析确定其为热力耦合过程。扭转拉锥过程需要进行两部分模拟:光纤预热阶段温度场分布和熔融扭转拉锥流变过程的模拟。通过对光纤预热阶段温度场的分析可以确定预热时间约为30s~40s,温度沿着轴向及径向的分布情况。通过有限元软件对两根光纤熔融扭转拉锥过程的模拟,研究角速度同为0.1rad/s拉伸速度分别为0.05mm/s、0.1mm/s、0.15mm/s时光纤耦合熔锥区边界曲线变化规律,对比角速度为0.2rad/s时不同拉锥速度下时锥形曲线的变化,得到角速度的增加使得光纤径向距离和熔锥区的长度变化快些。最后,设计熔融扭转拉锥系统的总体方案,对光纤熔融扭转拉锥装置进行了结构设计,并着重对扭转装置、拉伸装置、夹紧装置的结构进行研究以及对扭转输出轴及拉伸平台进行模态及应力分析,以避免共振现象的发生,进行各个部分之间的运动仿真。相对传统的光纤夹持装置中夹具设计新型夹具使得两根光纤能够更好地熔融在一起。