半導(dǎo)體芯光纖因其特殊的光電特性而受到廣泛關(guān)注。由于纖芯和包層材料之間的性質(zhì)差異,制備高質(zhì)量的半導(dǎo)體芯光纖比傳統(tǒng)摻雜石英玻璃光纖更為困難。以鍺芯光纖為研究對(duì)象,通過(guò)有限元法,模擬仿真了激光拉制鍺芯光纖的動(dòng)態(tài)過(guò)程,研究了拉制過(guò)程中芯層鍺和包層石英玻璃材料的流速差異,以及不同拉絲速度對(duì)其流速差異的影響。仿真結(jié)果表明:在預(yù)制棒頸縮區(qū),芯層鍺和包層石英玻璃材料的流速差異最大,且不同拉絲速度對(duì)預(yù)制棒芯層鍺和包層石英玻璃材料的流速影響不同。

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圖4預(yù)制棒包層輪廓曲線

圖3實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果對(duì)比3.2穩(wěn)定拉絲階段

圖1激光在反射鏡組中的傳輸路徑

在激光拉絲系統(tǒng)中，本文采用波長(zhǎng)為10.6μm的CO2激光器作為加熱源。為了使激光均勻分布在預(yù)制棒表面，設(shè)計(jì)的反射鏡組如圖1所示。圖1(a）中，反射鏡組包含4個(gè)組件：2組錐面鏡、1個(gè)圓錐鏡和1個(gè)斜45°的平面反射鏡。反射鏡組完成了激光光斑到光環(huán)的轉(zhuǎn)換，并使激光均勻分布在預(yù)制棒表面。....

圖2仿真模型

在傳熱方面，模型整體的傳熱方程可以表示為[12]:其中，ρ為密度，Cp為比熱容，為矢量微分運(yùn)算符，T為溫度，t為時(shí)間，u為速度矢量，q為傳導(dǎo)熱通量，qr為輻射熱通量，預(yù)制棒的冷卻是由空氣對(duì)流和輻射散熱共同造成的�？諝鈱�(duì)流可以表示為[11]:

圖3實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果對(duì)比

在引絲階段，設(shè)定入口速度為2mm/min，激光功率為320W。在激光拉絲實(shí)驗(yàn)中，用攝像機(jī)采集預(yù)制棒輪廓變化過(guò)程。圖3是攝像機(jī)采集的視頻中不同拉絲階段的圖片，其中圖3(a）和圖3(b）是預(yù)制棒引絲階段的截圖，圖3(c）是穩(wěn)定拉絲階段的截圖。圖3中的實(shí)線是仿真得到的預(yù)制棒輪廓曲線....

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