渐变型聚合物光纤共挤扩散过程的数学模型及光纤折射率分布的优化研究
本文首先确定了GIPOF最佳折射率分布形式——抛物线型，得出了GIPOF数值孔径、相对折射率差等光纤性能指标较佳的取值范围。这为GIPOF制备实验以及模拟试验结果的比较、优选等提供了参照依据。
然后，基于流变学原理和质量传递原理的分析，建立了一个能够描述GIPOF共挤扩散制备过程的数学模型。该模型采用基于掺杂剂浓度修正的牛顿黏度方程，与已有模型相比更为简化和实用，而又不失计算精度。利用计算流体动力学软件FLUENT模拟求解出拉丝成型后光纤的折射率分布。
为了对模型和数值模拟结果进行验证，本文以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为芯皮层原料、苯硫醚(DPS)为掺杂剂进行实验，制备了GIPOF，并通过聚焦法测得光纤折射率分布。模拟结果和实验结果基本相符，这表明该模型可用来预测和控制光纤折射率分布情况。
最后基于该数学模型和实验研究，分别对共挤扩散过程的主要工艺、结构参数进行了正交优化试验。为了合理方便地评价上述试验结果的优劣，本文提出了一个评判标准，能全面地描述模拟试验所得光纤折射率分布曲线与理想分布曲线的吻合程度，其值越小说明模拟试验所得光纤折射率分布越接近理想分布。模拟试验结果表明，芯皮层体积流量比、总体积流量和分配器锥角、扩散段长度、拉伸长度是影响光纤折射率分布的主要工艺参数和结构参数。当前两者分别在1:1、5.9cm3/min附近，而后三者分别在75°、800mm和200mm附近时，各自对应的模拟试验所得光纤折射率分布最接近理想分布。在本课题研究范围内，结构参数与工艺参数相比，其对光纤折射率分布的影响程度远小于后者。因此，在实际实验中，应以调整共挤扩散工艺参数为主，以获取GIPOF的最佳折射率分布。
聚合物光纤;数学模型;共挤扩散;折射率分布
北京化工大学
硕士
化工过程机械
李庆春
2006
中文
TQ342.82
73
2006-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）