基于FEM的单颗磨粒切削光子晶体光纤端面仿真研究

光子晶体光纤端面研磨过程中存在着大量磨粒切削光纤包层的空气孔壁.将这一过程简化为单颗磨粒切削单孔壁,并应用有限元法(FEM)建立了数值仿真模型.分析了裂纹损伤产生的机理,以及不同切削深度和磨粒尖端半径对加工结果的影响.仿真结果表明:切削过程中,孔壁边缘容易出现沿圆周分布的崩塌区域;切削力和边缘崩塌区域随切削深度和磨粒尖端半径的增加而增加;该光子晶体光纤孔壁边缘无崩塌的最大切削深度约为20 nm.该方法对光子晶体光纤端面加工及耦合应用的研究具有重要意义.     

光子晶体光纤端面研磨损伤的分析

对光子晶体光纤的端面研磨过程进行研究,讨论了光子晶体光纤端面研磨损伤的特点。针对光子晶体光纤的结构特点,应用有限元法建立了数值仿真模型。通过单一磨粒切削孔壁的仿真实验,分析了不同切削深度下裂纹损伤的产生情况以及不同磨粒直径对光纤孔壁结构造成的损伤。最后通过实际研磨实验验证了分析结果。结果表明:有限元法能够很好地模拟光子晶体光纤的端面研磨过程;研磨过程中,相对于非孔洞区域,孔壁边缘更容易出现损伤,呈现出沿圆周分布的崩塌区域;边缘崩塌区域尺寸随磨粒直径的增加而增加。实验用光子晶体光纤孔壁边缘无崩塌的最大切削深度低于普通光纤脆塑转变的临界切削深度,使用0.02μm的砂纸进行抛光可以有效地避免对光子晶体光纤孔壁造成损伤。