1 中国电子科技集团公司第三十研究所,四川 成都 610093
2 桂林电子科技大学 机电工程学院,广西 桂林 541004
挠性光电印制电路板(Flexible Electro-Optical Printed Circuit Board, FEOPCB)在高温层压制作过程中,埋入光纤会产生热应力,造成光纤损坏等缺陷,影响其可靠性和高速信号传输性能。为了降低FEOPCB弯曲半径并提升其可靠性,将在双面覆铜聚酰亚胺(PI)基板上设计制作高精度矩形光纤定位槽。首先建立有/无涂覆层光纤埋入挠性基板有限元仿真模型,对FEOPCB制造工艺进行模拟仿真,并对埋入光纤应力及影响因素进行分析。结果表明,有涂覆层光纤所受应力远小于无涂覆层光纤。针对有涂覆层光纤,采用激光刻蚀技术在双面覆铜PI基板上制作了高精度矩形定位槽,通过高温层压工艺完成了FEOPCB制作。FEOPCB完成了温度冲击、低温、高温、湿热和10万次弯曲疲劳可靠性试验,利用光学显微镜观察分析,埋入光纤无高温降解和破裂等缺陷。FEOPCB最小弯曲半径小至2 mm,弯曲损耗分别为0.57 dB (90°)和1.12 dB (180°),且相邻光纤之间无串扰,在850 nm波长条件下通信速率可达10 Gbps,误码率小于10−16。
光电互联 挠性光电印制电路板 有限元分析 定位微槽 高可靠性 opto-electronic interconnection FEOPCB finite element analysis positioning groove high reliability 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220514
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220551
1 桂林电子科技大学 机电工程学院, 广西 桂林 541004
2 西安电子科技大学 机电工程学院, 西安 710071
3 广西师范大学 物理科学与技术学院, 广西 桂林 541004
4 广西信息材料重点实验室, 广西 桂林 541004
针对层压工艺下,埋入挠性光电基板的光纤,其应力、位移的变化,会影响光路的耦合效率,改变光纤有效折射率,导致传输性能发生变化的问题,采用有限元分析软件,对光纤埋入不同槽型的挠性光电基板进行了力学、传热和电磁场耦合分析.分析结果表明:光纤埋入梯形槽挠性基板的应力最大,达到68.336 7 MPa.埋入梯形槽的光纤位移量最大,其值为1.430 4 μm.随着槽宽增加,光纤最大等效应力从52.667 MPa增加至71.907 MPa;随着槽间距增加,光纤最大应力从51.589 MPa增加至53.567 MPa;随着槽深增加,光纤最大应力从52.667 MPa减小至47.793 8 MPa,然后增加到67.349 6 MPa.随着温度和压力的增加,单模光纤在X方向的有效折射率从1.446 249 977增加至1.446 259 084;Y方向的有效折射率从1.446 326 398增加至1.446 393 041.光纤有效折射率差会随着温度的增加而增大,随着压力的增加而减小.光纤有效折射率增加,限制光的能力增加,能够有效地减小光纤弯曲损耗.本文分析结果对挠性光电基板光纤埋入结构设计和层压工艺具有一定的参考价值和指导意义.
光纤埋入结构 层压工艺 有限元分析 单模光纤 最大应力 等效折射率 Optical embedded structure Lamination process Finite element method Single mode fiber Maximum stress Effective refractive index
桂林电子科技大学 机电工程学院,广西 桂林 541004
建立了弯曲光纤的二维轴对称有限元分析模型,对初始光纤弯曲性能进行了有限元分析,分别计算其弯曲损耗,有效模场面积和连接损耗;选取芯层到下陷层距离b,下陷层宽度c,下陷层深度Δt,空气孔孔径r为设计变量,以弯曲损耗和连接损耗最小为目标,利用正交试验和灰度关联分析相结合的方法对光纤弯曲性能进行了多因素多目标优化设计。研究结果表明:优化后光纤弯曲损耗从0.127 8 dB/m减小到1.749 8×10-4 dB/m;有效模场面积从94.741 μm2减小到82.37 μm2;连接损耗由0.174 3 dB减小到5.805×10-4 dB。与标准单模光纤对比发现,新型光纤在弯曲半径为3 mm的情况下,有效模场面积从209.21 μm2减小到82.3 μm2,连接损耗从7.535 8 dB减小到5.805×10-4 dB,大大地降低了光纤的连接损耗。新型光纤在小半径弯曲情况下,也能保证系统的传输质量。
光纤光学 光纤弯曲性能 灰度关联分析法 弯曲损耗 连接损耗 optical fiber optics fiber bending performance gray relational analysis method bending loss splice loss 红外与激光工程
2019, 48(9): 0918006