硫系光纤连接器制备、性能测试及其影响因素研究

论文摘要

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=220×10-18m2/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。

论文目录

• 引言
• 1 绪论
•   1.1 课题来源及研究意义
•     1.1.1 课题来源
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 光纤连接器研究现状
•     1.2.1 光纤连接器分类
•     1.2.2 光纤连接器发展现状
•   1.3 硫系光纤及硫系光纤连接器
•     1.3.1 硫系玻璃光纤发展历程
•     1.3.2 硫系玻璃光纤连接器
•   1.4 本论文主要研究内容
• 2 硫系玻璃光纤拉制及其连接器制备
• 2S₃玻璃光纤的制备'>  2.1 As₂S₃玻璃光纤的制备
•   2.2 玻璃及光纤性能测试
•     2.2.1 玻璃硬度测试
•     2.2.2 红外透过范围测试
•     2.2.3 折射率测试
•     2.2.4 光纤损耗测试
• 2S₃光纤连接器制备'>  2.3 As₂S₃光纤连接器制备
•   2.4 本章小结
• 3 硫系光纤连接器光学性能及其影响因素研究
•   3.1 硫系光纤连接器光学性能指标
•     3.1.1 插入损耗
•     3.1.2 回波损耗
•     3.1.3 重复性和互换性
•   3.2 硫系光纤连接器光学性能的影响因素
•     3.2.1 端面间隙对硫系光纤连接器光学性能的影响
•     3.2.2 模场半径失配对硫系光纤连接器光学性能的影响
•     3.2.3 横向偏移对硫系光纤连接器光学性能的影响
•     3.2.4 端面倾角对硫系光纤连接器光学性能的影响
•     3.2.5 光纤端面粗糙度对硫系光纤连接器光学性能的影响
•     3.2.6 端面变质层对硫系光纤连接器光学性能的影响
•   3.3 插针体端面形貌参数及其对硫系光纤连接器物理接触的影响
•     3.3.1 光纤凹陷量
•     3.3.2 顶点偏移
•     3.3.3 曲率半径
•     3.3.4 插针体形貌参数对硫系光纤连接器物理接触的影响
•   3.4 本章小结
• 2S₃光纤连接器端面研抛工艺探究'>4 As₂S₃光纤连接器端面研抛工艺探究
•   4.1 石英光纤连接器制备工艺及性能测试
•     4.1.1 实验设备
•     4.1.2 石英光纤连接器的制备
•     4.1.3 石英光纤连接器的研抛工艺
•     4.1.4 石英光纤连接器端面检测及其性能测试
• 2S₃光纤连接器研磨工艺实验研究'>  4.2 As₂S₃光纤连接器研磨工艺实验研究
• 2S₃光纤连接器抛光工艺实验研究'>  4.3 As₂S₃光纤连接器抛光工艺实验研究
•   4.4 本章小结
• 2S₃光纤连接器性能参数测试'>5 As₂S₃光纤连接器性能参数测试
•   5.1 光纤端面粗糙度测试
•   5.2 插针体端面形貌参数测试
•   5.3 插入损耗测试
•   5.4 回波损耗测试
•   5.5 重复性测试
•   5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢
• Abstract
• 中文摘要

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 许灿

导师: 聂秋华

关键词: 硫系玻璃光纤连接器,研磨抛光,表面粗糙度,回波损耗,插入损耗

来源: 宁波大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 宁波大学

基金: 国家基金委重大仪器专项《中红外超连续谱光源研制》

分类号: TN256

DOI: 10.27256/d.cnki.gnbou.2019.000672

总页数: 68

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