保偏光纤耦合器是构成各种相干通信的关键器件之一,广泛应用于水听器、光纤陀螺和军用干涉型传感器等领域。保偏光纤耦合器主要采用熔融拉锥法制作,熔融拉锥过程中的工艺参数对保偏光纤耦合器的制造有着重要影响。目前多数是从理想状态下光学原理角度进行研究,没有考虑制造过程中工艺参数对耦合器流变成形的影响。因此,本文基于粘弹性模型理论,从流变成形的角度对熔融拉锥过程及工艺参数进行研究,最终确定合适的工艺参数,这对制造低损耗的保偏光纤耦合器具有指导意义。首先,通过对粘弹性力学模型的分析和比较,确定广义Maxwell模型来描述保偏光纤在熔融拉锥过程中的流变力学行为;基于玻尔兹曼叠加原理建立光纤材料在等温条件下的本构方程;获得光纤松弛模量的Prony级数形式,同时引入时温等效原理得到光纤的变温松弛模量;应用增量型有限元方法确定光纤熔融拉锥本构方程的数值积分形式。其次,采用有限元分析进行熔融拉锥过程仿真。仿真分析前为了获得保偏光纤的粘弹性模型参数,对保偏光纤进行高温蠕变实验,获得材料的力学性能曲线,采用ABAQUS有限元软件自带的Prony级数拟合方法,根据松弛模量曲线拟合得到光纤的粘弹性模型参数;采用红外热像仪间接测量高压电弧的温度分布,作为熔融拉锥热分析的边界条件;建立光纤拉锥的几何模型、设定边界条件和接触条件、施加载荷,运用顺序耦合热应力分析方法,对熔融拉锥过程进行仿真,得到了拉锥后的流变形状;同时分析熔融温度、拉伸速度、拉伸力三个工艺参数对保偏光纤应力应变的影响,为后续的熔融拉锥实验工艺参数的选择提供指导。最后,在熔融拉锥微操作实验平台上进行保偏光纤的熔融拉锥实验。以仿真分析为基础,采用不同的拉伸力和拉伸速度进行熔融拉锥,实验完成后在扫描电镜下观测各个工艺参数对光纤流变形状和表面形貌的影响,最后在线检测光功率确定合适的工艺参数。实验结果表明:在拉伸力为200mgf,拉伸速度80μm/s,拉伸长度4000μm条件下,进行保偏光纤的熔融拉锥实验,保偏光纤的附加损耗为0.65d B,此工艺参数可用于指导保偏光纤耦合器的制造。