The research on the mechanism, rule and technology of rheological formation for fused-taper fiber devices
Shuai cijun 
ABSTRACT
Fused-taper fiber device is the most typical fiber device and also a basic part of other devices. Fused biconical taper (FBT) is the common fabrication method of fiber coupler, wavelength division multiplex, optical filter and so on.  View from the present research at home and abroad, the optical theory and design have been achieved a great improvement. But from the view of manufacturing science, the mechanical behavior of rheological manufacturing process is studied insufficiently, especially the relationships between rheological manufacturing technological parameters, and between microstructure of device and optical performance. The FBT technology is still at empirical stage. The performance of fiber device is not ideal, such as low efficiency and yield rate, and high cost price. At present, our country’s fabrication technique and fabricatation setup of fused taper fiber device are depend on importing. 
Fiber coupler is one of the most important devices among fused taper fiber devices. Its usage ranks second among the optical passive devices. It is used for separating or coupling light. At present, it is fabricated with fused biconical taper technology at large. Its fabrication process is: two parallel fibers are positioned very close to each other, heated by burning the combustible gas, drawn at a certain speed by a micro-machine and formed a biconical taper. The fused region will become slim during the heating and drawing processes and become a biconical taper at last. The tranmitting light signal is coupled and restributed in the fused taper region. A part of light power is transmitted through ”straight arm”; the other part is transmitted through ”coupling arm”.
Taking the fiber coupler as represent, aiming at the performance problem of the fiber coupler which is used in the market, such as the optical performance differences of accepted products, technological optimization and stability reflected by the low rate of finished products, how to reduce excess loss, and so on. From the view of manufacture of rheological formation, the research of experiment and theory has been developed. The effects of rheological technological parameters such as drawing speed and fused temperature on the optical performance, microstructure and the process of rheological formation have been investigated. It is discovered that the present heating mode of combusting gas can’t satisfy with the rheological manufacturing technological need of high performance fiber devices. A new resistance heating system is put forward, designed and manufactured, and a new fused biconical taper machine is developed.
The main innovation researches in the paper are as followed:
1. The changing rules between the different technological parameters (such as drawing speed and fused temperature) and the performance of fiber coupler optical fiber coupler (such as light power loss and coupling ratio) have been studied with the six-axes optical fiber coupler machine. 
2. The surface topography of fiber coupler fabricated at different technological condition is tested by the scanning electron microscope (SEM). The effect of technological parameters on surface topography is studied. The essential relationship between surface topography and performance of the fiber coupler is demonstrated.
3. Based on molecular vibration theory and infrared spectrum theory, the mathematical model on 1100cm-1 wave number of infrared characteristic peak and the bonding angle of unit of Si－O－Si of fiberglass is set up. 
4. It is discovered that the essential reason of different optical performance such as uneven refractive index distribution and different coupling ration is the change of molecular structural in the fabrication process with the micro infrared spectroscope.
5. Aiming at the theological behavior and the viscoelastic relaxation character of fiberglass in the transition region, a fitting method on relaxation modulus facing the finite element analysis is put forward. The transition of parameters lain in expression of viscoelastic relaxation and finite element analysis are solved.
6. The numerical analysis model of fiber coupler in the process of fused biconical taper (FBT) is constructed successfully. The numerical analysis of fiber coupler in the process of fused FBT is accomplished with finite element software. The effects of technology parameters such as fused temperature and drawing speed on stress, strain and geometry in the manufacturing process are acquired. 
7. It is found that the essential cause to hinder improve the performance of the light transimit is that the outfield provided with the present setup can’t satisfy with the exact performances. The uneven stress results in the distortion of microstructure and loss part of optical power.   
8. A model of temperature outfield and construction realization with even temperature and minimize internal stress is built. A novel electrinic resistance heater and temperature controlling system are developed. The fused temperature is improved from 5~30℃ to 1.5℃, whose stability is improved.
  9. Based on the novel resistance heater, a new fused biconical taper machine with high quality is developed. The consistency of performance is improved exponentially. The consistency of power loss is increased by 5 folds, the consistency of coupling ratio is increased by 4 folds, and the consistency of drawing length is increased by 20 folds.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Key words: fused biconical taper, fiber coupler, rheological formation, viscoelastic, noncrystalline

上一页12下一页