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4、性，提出了面向有限元分析的松弛函数的转换算法，解决了理论模型中粘弹松弛模 量的表达和数值分析中的参数变换问题。6建立了光纤耦合器熔融拉锥有限元计算模型，实现了光纤拉锥流变全过程数值仿真，可预测分析器件制造参数对流变制造过程的影响。7发现制造过程影响熔融拉锥体光传输性能提高的物理本质是：现有生产装备与工艺所提供的流变外场不能提供符合熔锥均匀连续流变的三 维能场状态，熔锥流变不均匀使分子结构参数变化差异，内应力的产生与残留影响光学性能的部分丧失。8提出一种制造区光纤温度均匀化，内应力极小化的温度外场模型和结构实现，研制了一种新型电阻加热器和其温控系统，将熔融温度的稳 定性由原来的530提高到小于1
5、.5。9基于新型的电阻加热器，研制了一种高品质的新型熔融拉锥机，成倍地提高了器件性能的一致性，其中光功率损耗的一致性提高5倍、分光 比的一致性提高4倍、拉锥长度的一致性提高20倍。4.期刊论文 赖雄鸣.段吉安.徐洲龙.帅词俊.LAI Xiong-ming.DUAN Jian.XU Zhou-long.SHUAI Ci-jun 光纤器件流变制造加热方法研究 -激光与红外2008,38(6)在光纤器件流变制造加热方法研究中,采用电加热方式取代传统火焰加热方式.设计一种新型熔融拉锥电加热器,并在此基础上研制了一种新型 电加热式熔融拉锥机,温度控制精度和稳定性达2,比气体燃烧的方式提高一个数量级.最后
6、,在此新型电加热式熔融拉锥机上制作的光耦合器,并 对其性能离散性进行分析对比.结果表明,与火焰加热式熔融拉锥机相比,电加热式熔融拉锥机成倍地提高了器件性能的一致性.5.学位论文 董小伟 全光纤型上下话路滤波器的研制 2006具有波长选择能力的光上下话路滤波器是波分复用系统中的一种关键器件，也是降低成本、推广光纤到户光网络的突破口。本论文结合国家自 然科学基金及国家863计划项目，研制出几种新型全光纤上下话路滤波器，以满足不同场合的应用需求。在对器件的工作原理和结构详细分析和优 化的基础上，深入研究了工艺实现的条件，获得的主要创新成果如下：A.原创性研制出高精度、大长度光纤轴向研磨抛光机和精确可
7、控熔融拉锥设备。B.推导出用于描述“两布拉格光栅反射型耦合器”、“布拉格光栅破坏耦合器”和“布拉格光栅辅助耦合器”三种上下话路滤波器特征的统一 耦合方程；在此基础上，深入分析了布拉格光栅写入位置及耦合区均匀性对器件性能的影响，研制出一种结构平衡的新型两布拉格光栅反射型耦合 器，很好地解决了传统方法上、下话路滤波特性无法同时优化的局限；首次采用一种慢变绝热、非对称熔融预拉伸技术，改进了布拉格光栅辅助耦 合器的工艺过程，制作出的光上下话路滤波器不仅完全满足密集波分复用(DWDM)系统的要求，而且具有更低的插入损耗和更高的性能稳定性。C.在普通折射率调制的基础上，进一步分析了增益/损耗效应对长周期光
8、栅特性的影响，提出一种新型对下话路信号具有放大作用的单方向、 复调制长周期光栅辅助耦合器；优化两平行长周期光栅耦合器的结构，数值和实验结果均表明调节环境折射率、加强光栅的折射率调制强度可明显 提高上下话路滤波效率，同时不对长周期光栅包层进行处理，对改善滤波光谱特性更加有利，为简化工艺提供了依据；建立四层波导模型，首次采 用精确的全矢量法对长周期光栅外旋涂有机聚合物薄膜进行了详细分析，指出与浸入液体不同，聚合物薄膜的材料和旋涂厚度对长周期光栅谐振波 长的可调性至关重要，通过优化可以实现范围达120nm的波长调节。D.分析了全通型和上下话路型单环谐振器的幅度和相位时延特性，结果显示降低谐振腔的尺寸
9、和损耗，加强耦合区的控制是环形谐振器设计和 制作的主要任务；提出一种分析“串联耦合”和“并联耦合”两种多环级联高阶谐振器的通用矩阵模型，在此基础上，优化环间耦合系数或环间直 波导长度，实现了滤波响应通带的最大平坦和过渡带滚降特性的加强；采用原创性研制出的精确可控熔融拉锥设备，首次实现半径仅为500m，具 有高消光比(10dB)、良好谐振效果的全光纤微环谐振器，有效避免了集成型微环谐振器与通信光纤间较高的连接损耗及偏振依赖影响；最后，利 用本实验室自行拉制的高质量非对称双芯光纤，研制出一种信道间隔和峰值谐振波长位置可任意调整的新型波长交错滤波器(Interleaver)。6.期刊论文 张铁军.段
10、吉安.杨成林.帅希士.ZHANG Tie-jun.DUAN Ji-an.YANG Cheng-lin.SHUAI Xi-shi 光纤器件流变制造温控系统研制 -自动化与仪表2007,22(2)熔融拉锥法是制作熔锥型光纤器件的基本工艺1,常采用火焰加热.由于火焰形成的温度场不稳定,严重影响了耦合器等光纤器件性能的一致性 2.设计了一种以电阻加热器为发热元件的PID温控系统,建立了其数学模型,运用MATLAB计算出控制参数,采用所得PID控制参数,经过在线调试,获 得了良好的控制效果.7.学位论文 陈振宜 光纤熔锥耦合系统理论新方法及其在光纤器件和传感中的应用 2006锥形光纤是光波导理论和技术领
11、域的一个很重要的研究课题，由锥形光纤构成的单模光纤器件包括有光纤耦合器、光纤波分复用器、光纤准直 器、光纤扩束器、光纤滤波器和由锥形光纤构成的光纤传感器件包括有耦合式传感器、双锥形弯曲传感器和渐逝波传感器及其它熔锥型光纤器件已 广泛应用于光纤通信和光纤传感等领域。根据国内外有关熔融拉锥耦合理论的研究概况和现状，本论文首先从熔锥形光纤的动态形状曲线、空气层对熔锥形光纤传输特性的影响和熔锥 形光纤波导耦合三个方面入手，以解决目前不能严格而完整地表示熔锥形光纤的形状曲线函数和熔锥形光纤耦合的分段处理等问题。然后，将所获 得的结果具体应用于三种光纤无源器件的研制开发上。最后，对熔锥耦合式光纤渐逝波传感
12、器进行了理论和实验研究。本论文共分十章。第一章概述了光纤熔锥型耦合理论的发展状况。第二章根据熔锥型光纤的形成机理，导出了数理微分方程，利用动态熔融区 长度的概念，结合初始、边界和锥区体积守恒条件，由行波法首次获得完整而精确地描述光纤熔融拉锥动态形状曲线解析函数，这种解析解对于任 意参数的灯头，能方便、精确和完整地描述熔融光纤在不同拉锥过程中锥体动态形状的变化，并以大量光纤熔融拉锥实验进行了验证。应该指出 ：只要已知初始熔融区长度，获得的解能预知任意拉伸长度下的拉锥锥形曲线。从而，完整地解决了以往在光纤熔锥耦合的理论分析计算上难以严 格导出拉锥动态形状曲线函数的困难。第三章将等效阶跃光纤方法推广
13、到任意折射率分布的多包层结构光纤。多包层结构光纤的折射率分布一旦确 定，利用这一方法能精确地计算得到其等效阶跃光纤的归一化折射率差，从而可方便地预知该多包层光纤的各传输特性参数。同时，将该方法应用 于锥形光纤，以考虑空气层对锥形光纤波导光传输特性及其耦合效应的影响。第四章首先建立任意横截面介质光波导间的模耦合方程及其耦合系数 的计算公式，并就相同单模光纤的情况，与RVaJlclooster等人的经典理论计算结果进行比较，验证了本论文的耦合理论。同时，结合第二，三 章的理论结果，通过对光纤熔融拉锥时耦合输出功率随拉伸长度变化的动态耦合过程的精确描述及其与实验结果的比对，验证本论文的系列理论。 第
14、五章至第八章分别分析研究四种光纤无源器件，也即三纤双环熔锥互耦全光纤滤波器、单模光纤超平坦宽带熔锥型耦合器、开环三纤耦合光纤光 开关以及基于22熔锥型单模光纤耦合器和磁流体薄膜的光纤光开关。第九章在分析研究光纤渐逝波及其耦合传感原理的基础上，对熔锥耦合式高 灵敏度光纤渐逝波温度传感器系统进行较深入的理论和实验研究。最后，第十章对整篇论文进行了总结。8.期刊论文 董小伟.裴丽.冯素春.鲁韶华.许鸥.Dong Xiaowei.Pei Li.Feng Suchun.Lu Shaohua.Xu Ou 全光纤型微环谐振器的研制 -光学学报2007,27(11)环形谐振器因体积小、功能强、结构简洁等优点长
15、期以来一直在光无源、有源器件的设计和制作中发挥着重要的作用.对光纤的弯曲损耗特性 进行了深入分析,指出只有采用微细光纤才能降低全光纤法所制作的环形谐振器的尺寸,加宽器件的自由光谱范围(FSR)获得更好的精细度和品质因 子.然后,在改进熔融拉锥技术的同时,保持慢变、绝热条件拉制出在80 mm长度范围内具有良好均匀性、半径为5m的高质量微细光纤,在此基础上 采用自缠绕法研制出半径仅为500,m,谐振效果明显加强的全光纤型微环谐振器,从而很好地解决了集成型微环谐振器较高的弯曲损耗和连接损耗 问题.9.学位论文 杨成林 电加热熔融拉锥机的设计与研究 2006熔锥型光纤器件是全光器件中最具代表性，也是构
16、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。本文基于新发明 的电阻加热器，设计制造了一种新型的熔融拉锥机，旨在克服以上缺陷，提高耦合器性能的一致性。 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式存在的问题，重点分析电阻加热器的结构和功能特点，并对熔融拉锥机进行优 化，设计与制造一台基于电加热的新型熔融拉锥机。 对所设计的熔融拉锥机主要部件电阻加热器工装进行热分析。基于传热学理论建立工装的热分析模型，利用数值计算软件，求得加热器工装 初始结构的温度场。通过分析发现，初始工装的温度较高，对其进行改进，对比改进前后工装结构的温度场，结果表明，改进后的工装体积小，重 量轻，满足电移台的工作要求。 对研制出
