本文關(guān)鍵詞：光纖連接器損耗與面型及端接力關(guān)系研究

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【摘要】：隨著大寬帶、超高速光纖通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,對未來通信傳輸質(zhì)量的要求越來越嚴(yán)格。光纖通信系統(tǒng)中被廣泛用來實(shí)現(xiàn)兩根光纖活動連接的光無源器件之一的光纖連接器也正面臨著更嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)考驗(yàn)。而連接處的裸光纖在整個光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最易受到環(huán)境及外界因素的影響,因此,光纖連接器的光學(xué)傳輸質(zhì)量的好壞主要取決于連接處插針體端面的連接狀態(tài)。本文針對實(shí)際光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中因光纖連接器的介入而產(chǎn)生的額外連接損耗,了解引起連接損耗的各關(guān)鍵性因素并通過理論分析、有限元仿真模擬及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法研究各因素對連接損耗的作用機(jī)理和影響規(guī)律。首先,基于光學(xué)基本原理,通過詳細(xì)的理論分析和推導(dǎo),對引起連接器連接損耗的各因素進(jìn)行了理論上的優(yōu)化。研究表明,單模光纖橫向錯位不超過0.7μm時,引起的插入損耗在0～0.1dB范圍內(nèi)；不考慮光纖端面研磨質(zhì)量的影響,僅連接過程中出現(xiàn)的端面空氣間隙在不超過0.1μm時,引起的插入損耗值在0.13dB以下；同時,插針體端面幾何面型參數(shù)(包括端面曲率半徑、頂點(diǎn)偏移等)也需要滿足一定要求才能保證連接器不產(chǎn)生額外連接損耗：經(jīng)計算發(fā)現(xiàn),插針體端面曲率半徑需控制在17mm-20mm范圍內(nèi)、插針體端面頂點(diǎn)偏移量不超過50μm時,引起的插入損耗值在0.13dB以內(nèi)；不考慮連接器的端面空氣間隙及橫向錯位等機(jī)械因素影響時,研磨過程中出現(xiàn)的光纖端面研磨變質(zhì)層(高折射率損壞層)是影響連接器回波損耗的主要因素。經(jīng)計算和仿真分析,變質(zhì)層折射率相對纖芯折射率的變化量越小越能夠獲得較高的回波損耗,纖芯折射率為1.463的光纖在研磨時產(chǎn)生的高折射率變質(zhì)層厚度和折射率分別為0.01μm和1.475時能夠使回波損耗達(dá)到60dB。其次,通過ABAQUS有限元仿真軟件研究了軸向端接力對光纖端面空氣間隙的補(bǔ)償修正作用,并通過插針體端面幾何面型與端面空氣間隙的幾何關(guān)系間接得到端接力與面型和損耗的關(guān)系。仿真結(jié)果表明,為了使施加的軸向端接力能夠盡可能降低插入損耗而又不引起光彈效應(yīng),施加的軸向端接力應(yīng)控制在0.92N～1.4N范圍內(nèi)。最后,搭建了用于研究端面空氣間隙與端接力對連接器插入/回波損耗影響的測量系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)測量基本能夠驗(yàn)證基于ABAQUS有限元仿真模擬以及理論分析與推導(dǎo)的準(zhǔn)確性,為今后光纖接插件的設(shè)計及工藝的優(yōu)化提供了一定的理論參考作用。
【關(guān)鍵詞】：光纖連接器 連接損耗 端面間隙 端接力 有限元仿真
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題的來源與意義9
• 1.1.1 課題的來源9
• 1.1.2 課題研究的意義9
• 1.2 光纖連接器的發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 光纖連接器性能參數(shù)12-13
• 1.3.1 插入損耗12-13
• 1.3.2 回波損耗13
• 1.3.3 重復(fù)性和互換性13
• 1.4 光纖連接器的分類13-14
• 1.5 論文研究目的與主要內(nèi)容14-15
• 2 影響光纖連接器損耗的關(guān)鍵性因素研究15-40
• 2.1 光纖橫向錯位損耗15-19
• 2.2 端面空氣間隙引起連接器損耗機(jī)理19-23
• 2.3 光纖端面研磨變質(zhì)層對連接器損耗的影響23-28
• 2.4 插針體端面幾何參數(shù)與連接損耗的關(guān)系28-35
• 2.4.1 連接器插針體端面主要幾何參數(shù)29
• 2.4.2 光纖連接器插針體的端面曲率半徑29-31
• 2.4.3 光纖連接器插針體端面的頂點(diǎn)偏移31-35
• 2.5 端接力對光纖連接器損耗的影響機(jī)理35-40
• 2.5.1 Hertz接觸理論36
• 2.5.2 基于Hertz接觸模型受力分析36-40
• 3 插針體面型及端接力對連接損耗影響的數(shù)值模擬40-53
• 3.1 ABAQUS有限元軟件簡介40
• 3.2 接觸分析簡介40-41
• 3.3 基于ABAQUS的仿真模型建立41-42
• 3.4 端接力對插針體端面影響的仿真模擬42-47
• 3.4.1 劃分網(wǎng)格42-43
• 3.4.2 裝配過程有限元仿真結(jié)果43-47
• 3.5 端接力引起的光彈效應(yīng)對連接損耗的影響47-53
• 3.5.1 單模光纖中的光彈效應(yīng)47-48
• 3.5.2 光彈效應(yīng)對連接器插回?fù)p的影響48-53
• 4 光纖連接器插回?fù)p耗的實(shí)驗(yàn)研究53-61
• 4.1 端面空氣間隙對連接損耗影響的實(shí)驗(yàn)研究53-56
• 4.1.1 JW3307A型插回?fù)p測試儀53-54
• 4.1.2 插回?fù)p測試儀對端面間隙引起損耗的測量54-56
• 4.2 軸向端接力對連接損耗影響的實(shí)驗(yàn)研究56-61
• 4.2.1 端接力測試系統(tǒng)57-58
• 4.2.2 端接力測量原理58
• 4.2.3 端接力對連接損耗影響的測量58-61
• 結(jié)論61-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況69-70
• 致謝70-71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：908898