熔融拉锥工艺是制造光纤耦合器和波分复用器等光纤器件的通用方法，目前普遍采用气体火焰的方式使光纤熔融，由于气体火焰温度场易受环境干扰而不稳定(达到5~30 ℃)，导致了光纤耦合器的光学性能尤其是性能一致性差，使得即使在相同的工艺条件下制造出来的光纤器件其分光比、附加损耗和拉伸长度都很不一样。为解决这一问题提出了一种新的加热方式电加热，重点设计了电加热体的几何结构，研制了相应的温控系统，并通过比例积分微分(PID)控制方法对温度进行控制，实验表明电加热方式获得的温度精度可以达到1 ℃。同火焰加热方式相比，电加热温度场分布均匀，受外界环境的影响小，温度波动范围小，通过电加热熔融拉锥的光纤器件性能和质量都有很大提高。

根据光纤的强耦合模理论,阐述了熔融拉锥型光纤耦合器的工作基理,并研究了熔融拉锥法制作单模光纤耦合器的过程,分析了各参数对耦合器性能的影响,利用光学测试系统测试了光纤耦合器各光学特性参数.经大量实验表明,强耦合模理论与实验结果吻合,说明该方法的可行性;同时拉锥法制作的光纤耦合器具有较好的性能特性,表明该方法具有制作过程简单、附加损耗低、方向性好、均匀性好、环境稳定以及成本低廉等优点.

熔锥型光纤器件的光学性能由熔锥区的微观结构和形貌决定，而微观结构和形貌又由工艺条件决定。为了分析工艺条件对微观结构与形貌的影响机理及规律，以不同拉锥速度制作的耦合器为测试样，用显微红外光谱仪测试了其熔区和锥区的波数，用扫描电子显微镜观察了其相应点的表面形貌。经多次实验发现：在1100 cm-1和810 cm-1左右有两个明显的特征峰；1100 cm-1特征峰在锥区的波数最高，熔区次之，裸光纤最小；且随着拉锥速度的增大，1100 cm-1特征峰移向高波数。在光纤耦合器的锥区，存在微裂纹，随着拉锥速度增大，微裂纹越明显；在光纤耦合器的熔区，光纤表面析出了微小晶粒，且拉锥速度越小，晶粒越粗大。只有在适当的拉锥速度下(这里为150 μｍ/s)，熔区和锥区的结构与裸光纤的微观结构接近，且缺陷最少，才能获得较高质量的光纤耦合器。

基于理论与实验研究,建立了光纤耦合器熔融拉锥过程的粘弹流变力学模型,并给出了光纤耦合器非均匀温度场条件下的流变过程数值分析,获得了拉锥速度、熔融温度等流变工艺参数对器件应力分布与器件性能的影响规律.特别是熔融温度对器件应力分布的影响极为突出,熔融温度变化5℃可导致最大应力变化30%,同截面的应力差值改变20%,温度梯度变化3%可以导致锥区截面的应力差值改变90%.并发现在目前的流变工艺条件下,光纤耦合器易产生耦合区析晶、锥区微裂纹等流变缺陷,目前?牧鞅渲圃旒际跤肷璞改岩允迪制骷奈⒐劢峁褂胝凵渎示确植?该研究为光纤耦合器流变制造工艺与设备的改进、优化提供了基础.

为获得性能优良的熔锥型光纤耦合器,利用740FT-IR显微红外光谱仪,研究了不同制作工艺条件下耦合器中石英玻璃结构的差异.测定了在不同拉伸速度时制作的光纤耦合器,石英玻璃在650～2000cm-1波数范围内的红外吸收光谱,观察到了石英光纤玻璃的两个特征峰,由Si-O-Si反对称伸缩振动引起的特征峰940～950 cm-1和由Si-O-Si对称伸缩振动引起的特征峰770～780 cm-1.由于工艺条件的不同,特征峰的强度和位置都发生了变化,并测量了其变化的大小.拉制速度越快,石英玻璃中Si-O-Si键的不对称伸缩振动越强,且波数的移动与光纤耦合器的性能密切相关.