新型电加热熔融拉锥机研制

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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