針對層壓工藝下,埋入撓性光電基板的光纖,其應(yīng)力、位移的變化,會影響光路的耦合效率,改變光纖有效折射率,導(dǎo)致傳輸性能發(fā)生變化的問題,采用有限元分析軟件,對光纖埋入不同槽型的撓性光電基板進行了力學(xué)、傳熱和電磁場耦合分析.分析結(jié)果表明:光纖埋入梯形槽撓性基板的應(yīng)力最大,達到68.336 7MPa.埋入梯形槽的光纖位移量最大,其值為1.430 4μm.隨著槽寬增加,光纖最大等效應(yīng)力從52.667MPa增加至71.907 MPa;隨著槽間距增加,光纖最大應(yīng)力從51.589 MPa增加至53.567MPa;隨著槽深增加,光纖最大應(yīng)力從52.667MPa減小至47.793 8 MPa,然后增加到67.349 6MPa.隨著溫度和壓力的增加,單模光纖在X方向的有效折射率從1.446 249 977增加至1.446 259 084;Y方向的有效折射率從1.446 326 398增加至1.446 393 041.光纖有效折射率差會隨著溫度的增加而增大,隨著壓力的增加而減小.光纖有效折射率增加,限制光的能力增加,能夠有效地減小光纖彎曲損耗.本文分析結(jié)果對撓性光電基板光纖埋入結(jié)構(gòu)設(shè)計和層壓工藝具有一定的參考價... 

【文章來源】：光子學(xué)報. 2020,49(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

光纖埋入矩形槽撓性基板示意

層壓工藝對撓性光電基板的成形性能影響重大．影響層壓工藝的參數(shù)主要有溫度、時間和壓力．層壓工藝曲線隨著不同的基體材料有所區(qū)別．低溫共燒陶瓷層壓工藝壓力大，溫度較低時間短[13]，而對于高分子基體材料，為了使固化片充分固化，一般溫度較高，成形時間較長．根據(jù)已有對聚酰亞胺樹脂基和環(huán)氧樹脂單層覆銅板的層壓工藝研究[14]，本文選取的層壓工藝曲線如圖2．由圖可知，壓力采用三段式加壓法，溫度則區(qū)分為不同的階段．首先對撓性光電基板從室溫（25℃）上升到130℃，此時壓力為0MPa；然后在15min內(nèi)將壓力增加到1 MPa（溫度為130℃）；再將溫度升到180℃并加壓到2MPa保壓0.5h，接著升溫到220℃在2MPa的環(huán)境下保溫固化2h，最后卸載壓力和溫度．升溫速率和降溫速率均為5℃/min.對光纖埋入撓性基板層壓分析時，固體力學(xué)中設(shè)置下板為固定約束，左右兩側(cè)為自由，上板加載壓力；固體傳熱模塊中，上下板均加載溫度曲線，左右兩側(cè)為熱絕緣，最后添加多物理場耦合．

圖3為層壓工藝下，三種槽型內(nèi)的光纖應(yīng)力分布．由圖可知，4根光纖的應(yīng)力分布均勻，且最大應(yīng)力均在光纖頂部與填充膠接觸的地方．層壓過程中，光纖埋入梯形槽撓性基板的應(yīng)力最大，最大值為68.336 7MPa；光纖埋入矩形槽撓性基板的應(yīng)力為52.667 MPa；光纖埋入U形槽撓性基板應(yīng)力為51.312MPa．根據(jù)Griffith強度理論分析，光纖實際斷裂強度為4.07GPa[10]，遠(yuǎn)大于3種槽型種光纖受到的應(yīng)力，在此種層壓工藝條件下，光纖能夠正常應(yīng)用．光纖在溫度和壓力的影響下，會發(fā)生偏移，偏移越大，光纖耦合效率越低[15]．光纖埋入不同槽型撓性基板下的總位移曲線中埋入梯形槽的光纖位移量最大為1.430 4μm，埋入矩形槽與U形槽的光纖位移曲線基本重合，相差無幾，為1.296μm，但是U形槽加工工藝復(fù)雜，精度難以達到要求，因此，層壓工藝下，光纖埋入矩形槽結(jié)構(gòu)為最優(yōu)選擇，后續(xù)分析中采用矩形槽進行分析．

【參考文獻】：
期刊論文
[1]用于極寒溫度的特種光纖的結(jié)構(gòu)與彎曲損耗研究[J]. 曹珊珊,郭朝陽,王震,劉志忠,耿培恒,徐海濤,朱京,鄧?yán)?曹勇,韋瑋.  光子學(xué)報. 2019(11)
[2]不同槽型結(jié)構(gòu)撓性基板對光纖應(yīng)力應(yīng)變的影響[J]. 夏安思,周德儉,佘雨來.  桂林電子科技大學(xué)學(xué)報. 2019(02)
[3]埋入光纖撓性基板的光電耦合模塊設(shè)計[J]. 雷庭,周德儉,唐睿強,陳小勇.  發(fā)光學(xué)報. 2019(01)
[4]基于斷裂機理的板級電路光纖埋入結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]. 成磊,周德儉,吳兆華.  機械工程學(xué)報. 2016(09)
[5]少模光纖的彎曲損耗研究[J]. 鄭興娟,任國斌,黃琳,鄭鶴玲.  物理學(xué)報. 2016(06)
[6]基于U型彎曲光纖模間干涉的折射率傳感[J]. 唐潔媛,張佺佺,曾央夫,羅云瀚,陳哲,余健輝,盧惠輝,張軍.  光子學(xué)報. 2015(05)

碩士論文
[1]基于光波導(dǎo)互連的EOPCB的研究[D]. 張金星.華中科技大學(xué) 2011



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