漸變型聚合物光纖共擠擴(kuò)散過程的數(shù)學(xué)模型及光纖折射率分布的優(yōu)化研究.pdf

1、本文首先確定了GIPOF最佳折射率分布形式——拋物線型，得出了GIPOF數(shù)值孔徑、相對(duì)折射率差等光纖性能指標(biāo)較佳的取值范圍。這為GIPOF制備實(shí)驗(yàn)以及模擬試驗(yàn)結(jié)果的比較、優(yōu)選等提供了參照依據(jù)。 然后，基于流變學(xué)原理和質(zhì)量傳遞原理的分析，建立了一個(gè)能夠描述GIPOF共擠擴(kuò)散制備過程的數(shù)學(xué)模型。該模型采用基于摻雜劑濃度修正的牛頓黏度方程，與已有模型相比更為簡化和實(shí)用，而又不失計(jì)算精度。利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件FLUENT模擬求解出拉絲

2、成型后光纖的折射率分布。 為了對(duì)模型和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，本文以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為芯皮層原料、苯硫醚(DPS)為摻雜劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，制備了GIPOF，并通過聚焦法測得光纖折射率分布。模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相符，這表明該模型可用來預(yù)測和控制光纖折射率分布情況。 最后基于該數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)研究，分別對(duì)共擠擴(kuò)散過程的主要工藝、結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了正交優(yōu)化試驗(yàn)。為了合理方便地評(píng)價(jià)上述試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)劣，本文提出了一個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，能全

3、面地描述模擬試驗(yàn)所得光纖折射率分布曲線與理想分布曲線的吻合程度，其值越小說明模擬試驗(yàn)所得光纖折射率分布越接近理想分布。模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，芯皮層體積流量比、總體積流量和分配器錐角、擴(kuò)散段長度、拉伸長度是影響光纖折射率分布的主要工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。當(dāng)前兩者分別在1:1、5.9cm3/min附近，而后三者分別在75°、800mm和200mm附近時(shí)，各自對(duì)應(yīng)的模擬試驗(yàn)所得光纖折射率分布最接近理想分布。在本課題研究范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)參數(shù)與工藝參數(shù)相比，