光子晶体光纤高可靠低损耗连接工艺基础

基本信息
批准号:U1637106
项目类别:联合基金项目
资助金额:53.00
负责人:杨远洪
学科分类:
依托单位:北京航空航天大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:冯迪,马静,李慧,陈东营,单联洁,黄韬,马玉洲,孙祥龙,尹其其
关键词:
粘接耦合损耗熔接光子晶体光纤
结项摘要

The high reliable and low loss coupling between photonic crystal fibers (PCFs) and other optical fibers (or optical waveguide) is the key technology of PCFs for practical application and is the key technique of high performance PCFs optic gyroscope for aerospace industry. In order to solve the contradiction of reliability and loss during the PCFs fuse splicing procedure, we proposed a new fuse splicing method with multi-electrodes discharge. In this method the multi-electrodes are set circlewisely and ring-like temperature field can be obtained with multi-electrodes discharge. The temperature field model will be established and the adjusting scheme can be proposed and realized. With this technology,the outer cladding of PCFs can be fuse spliced reliably, the structure of inner cladding and core will remain unchanged and low splicing loss can be obtained. In order to solve the coupling problems between PCFs and optical waveguides, we will investigate in detail the slicing mechanisation to fabricate tilt optical fiber end surface by twist fiber and establish relevant model on force and strain. And derive optimizational quantity factor for control with calculating and simulating. Bonding is key technique for the performance of coupling between fibers and Y-junction waveguide used in fiber optic gyroscope. We will introduce the theory of micro fluid dynamics into the adhesive procedure and study on the coating and curing characteristics of epoxide cement . Thereby, an optimized procedure and parameters can be gotten,meanwhile the high reliable and low loss coupling between PCFs and Y-junction waveguide can be achieved. Based on above research, the theoretical and practical foundation for the high reliable and low loss coupling of PCFs will be achieved.

光子晶体光纤(PCFs)与其它光纤(或光波导)间可靠、低损耗的连接是PCFs实用技术的关键技术,是航天高性能光子晶体光纤陀螺的关键工艺。为解决光子晶体光纤熔接技术中可靠和损耗的矛盾,提出了一种多电极放电光纤熔接技术,多电极环形设置,放电形成环形温度场,建立温度场模型、提出并实现温度场调整技术,在外包层可靠熔接的同时,保证芯和内包层部分周期结构完整、损耗低;针对PCFs与波导的耦合问题,研究基于光纤扭转应变机理的光纤端面斜切技术,代替传统的耦合光纤磨斜工艺,建立相应的力学应变模型,通过计算仿真获得能量化控制的工艺技术。光纤与波导耦合过程中的粘胶控制一直是影响光纤陀螺Y波导器件性能的关键问题,本项目拟将微流力学理论引入粘胶工艺中,研究粘胶的涂布和固化特性,形成优化工艺方案和参数,实现PCFs与Y波导的高可靠低损耗连接。通过理论和实验研究,为光子晶体光纤的高可靠、低损耗连接奠定理论和实践基础。

项目摘要

光子晶体光纤(PCFs)与其它光纤(或光波导)间高可靠、低损耗的连接是PCFs实际应用的关键技术,也是航天高性能光子晶体光纤陀螺的关键工艺。本项目将等离子流体模型引入电弧放电温度场仿真中,建立了电极放电温度场仿真模型,基于Comsol软件实现了双电极的放电温度场仿真,揭示了双电极直流放电温度场在电极连线方向为非对称、非均匀分布的规律;搭建了双电极放电实验装置并采用三色法实现放电区域温度场测量,验证了仿真结果;基于温度场动态叠加思路,实现了多电极电弧放电温度场仿真,获得了六电极环形均匀分布电极放电温度场分布和调控规律;基于材料断裂理论,建立了 PCFs 斜切力学模型,采用FRANC3D软件实现了PCFs光纤斜切过程仿真研究,发现斜切光纤断裂面倾斜方向与切割进刀方向垂直、倾斜角与光纤扭转角成正比例关系;基于微流体理论仿真了胶粘的涂布特性,研究形成光纤-波导耦合粘接胶的微流模型,初步获得优化参数和工艺,搭建了PCFs-Y波导胶接耦合实验平台,单端耦合插入损耗小于1.5dB,首次实现Y波导3耦合端光子晶体光纤耦合,Y波导器件整体损耗小于6dB。项目研究获得的技术和工艺在高精度光纤陀螺、光纤传感器和光纤激光器等方面取得成功应用。.通过理论和实验研究,获得准确的非对称光纤电弧放电熔接温度场分布特性,为多电极温度场的仿真和设计提供了可信和准确的仿真模型和技术;研究发现斜切光纤断裂面倾斜方向与切割进刀方向垂直、倾斜角与光纤扭转角成正比例关系的规律,改变了保偏光纤定偏振轴斜面切割只能定性分析的状况,实现保偏光纤斜切方向及角度定量仿真和优化设计。实现光纤熔接温度场和光纤斜切参数从定性估计到定量设计的突破,并在高精度光纤陀螺、光纤传感器和大功率激光器等领域成功应用,为光子晶体光纤的高可靠、低损耗连接奠定重要的理论和实践基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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