漸變型聚合物光纖共擠擴散過程的數(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、相對折射率差等光纖性能指標較佳的取值范圍。這為GIPOF制備實驗以及模擬試驗結(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，建立了一個能夠描述GIPOF共擠擴散制備過程的數(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用，而又不失計算精度。利用計算流體動力學(xué)軟件FLUENT模擬求解出拉絲

2、成型后光纖的折射率分布。 為了對模型和數(shù)值模擬結(jié)果進行驗證，本文以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為芯皮層原料、苯硫醚(DPS)為摻雜劑進行實驗，制備了GIPOF，并通過聚焦法測得光纖折射率分布。模擬結(jié)果和實驗結(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)模型和實驗研究，分別對共擠擴散過程的主要工藝、結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了正交優(yōu)化試驗。為了合理方便地評價上述試驗結(jié)果的優(yōu)劣，本文提出了一個評判標準，能全

3、面地描述模擬試驗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所得光纖折射率分布越接近理想分布。模擬試驗結(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，各自對應(yīng)的模擬試驗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，