臺灣博碩士論文加值系統

在光通訊設備中，光纖系統各個元件之間互相連接是系統性能的重要部分，藉由接續及連接器的連接，盡可能以較少的功率損失地從一個元件耦合到另一個元件。在整個光纖通訊架構中，光纖必須連接光源、檢光器、放大器及其他光纖。其中透過光纖熔接（fusion splice）的接續方式，有別於機械式連接器，具有接頭體積小、機械強度高、光纖接續後性能穩定的特性，也更適合應用在光通訊元件的微小化封裝上。
本論文以數值模擬的方式，研究 Cr4+：YAG晶體光纖與通訊用單模矽光纖在光纖燒熔接合的過程中，整體熔接模組的溫度場與熱應力分佈情形，藉由調整燒熔電流、燒熔位置及接續過程等參數，探討在不同的燒熔條件下，其溫度分佈與熱應力分佈變化的趨勢。

The connection between the devices of optical fiber system is an important part of optical communication equipment. For reducing the power loss in single transfer process, we couple the light from one device to another by connecting with splicer and connector.
In the optical fiber communication system, the fiber must be coupled with light source or detectors and optical amplifier. The way connect fiber by fusion splice is different from the mechanical connectors, which is small joint volume, higher mechanical strength and much stable after connecting. It is more suitable to apply on micro-package optical communication device. In the study, we confer with the temperature profile and thermal stress of fusion splice module during splicing Cr4+：YAG crystal fiber and single mode fiber by numerical simulations. Through adjusting the parameters, like fusion current, fusion place and the processes of splice to examine the trend of change of temperature and thermal stress.

中文摘要 I
Abstract II
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1. 前言 1
1-2. 摻鉻晶纖及熔接模組簡介 2
1-3. 文獻回顧 6
1-4. 研究動機與目的 8
第二章 理論基礎 10
2-1. 前言 10
2-2. ANSYS簡介 10
2-2-1. ANSYS套裝軟體系統架構 11
2-2-2. ANSYS熱分析流程 12
2-2-3. 耦合場分析流程 13
2-3. 有限元素法分析理論 15
2-3-1. 有限元素法 15
2-3-2. 熱傳導與熱對流有限元素分析理論 16
第三章 模型建立與分析方法 22
3-1. 問題描述 22
3-2. 分析方法 22
3-2-1. 模型建立與材料參數 22
3-2-2. 元素型式 24
3-2-3. 暫態熱分析求解的設置 25
3-2-4. 邊界條件與初始條件 26
3-2-5. 焊接熱源的評估 27
3-2-5.1. 電弧特性 27
3-2-1.2. 高斯函數分佈的熱源模式 28
第四章 數值分析的結果與討論 31
4-1. 網格獨立測試 31
4-3. 溫度分析 32
4-3-1. 同時中心對稱燒熔 33
4-3-2. 同時非中心對稱燒熔 34
4-3-3. 單邊中心對稱燒熔與單邊非中心對稱燒熔 35
4-4. 位移分析與熱應力分析 35
4-4-1. 位移分析 36
4-4-2. 同時中心對稱燒熔的熱應力分析 37
4-4-3. 同時非中心對稱燒熔的熱應力分析 37
4-2-4. 單邊中心對稱燒熔與單邊非中心對稱燒熔的熱應力分析 38
第五章 結論 39
參考文獻 41

[1] Donald j. Sterling, jr. ” Fiber Optics Technician''s Manual,”2nd edition, Thomson Delmar Learning, November 7, 2000.
[2] D.L. Bisbee, ”Splicing silica fibers with an electric arc,”Apply Opt, Vol.15, p796–p798, 1976.
[3] J. H. Chong and M. Rao, "Development of a system for laser splicing photonic crystal fiber," Opt. Express 11, pp.1365-1370, 2003.
[4] O. Frazao, J. P. Carvalho, H. M. Salgado,“Low-Loss Splice In A Microstructured Fibre Using A Conventional Fusion Splicer, ”Microwave And Optical Technology Letters , Vol. 46, No. 2, pp. 172-174, July 20 2005.
[5] 劉耿瑜，2005，”摻鉻釔鋁石榴石晶體光纖放大器之研製”，
國立中山大學光電研究所碩士論文。
[6] Davis M. K.,Digonnet, M. J. F. and Richard H. Pantell, OSA,"Thermal Effects in Doped Fibers,” Journal Of Lightwave Technology, Vol. 16, No. 6, pp. 1013-1023, June 1998.
[7] 塗時雨，2003，“摻鉻釔鋁石榴石晶體光纖雷射之研製”，國立中山大學光電工程研究所碩士論文。
[8] 黃光瑤，2003，“摻鉻釔鋁石榴石晶體光纖之超頻寬自發輻射放大光源之研製”，國立中山大學光電工程研究所碩士論文。
[9] 陳彥賓，李俐群，方俊飛，封小松，”激光－TIG 複合熱
源焊接能量效應的數值分析”，MSC 2003年用戶論文集，pp.119-124，2003。
[10] Frank Kreith and Mark S. Bohn,“Principles of Heat Transfer,”6 th edition. Thomson-Engineering, September 20, 2000.
[11] 蔡永恩，”熱彈性問題的有限元方法及程式設計”，北京
大學出版社，北京市，1997。
[12] Knight, C.E., 1993,“The Finite Element Method in Mechanical Design” PWS Publishing, Boston, 1993.
[13] Zahavi,E.，〝The finite element method in machine design,〞Prentice-Hall International Ed.,pp.30-39.,1992.
[14] O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor,2000 “The finite element method”, 5th Edition Vol. 1, Butterworth Heinemann,2000.
[15] 羅家堯，黃光瑤，陳建誠，莊江源，黃升龍，2005，“雙纖衣摻鉻釔鋁石榴石晶體光纖之生長及應用”，光學工程季刊, 八十七期,第9頁.
[16] ”Element Library,” Documentation for ANSYS, Inc.
[17] Incropera, F. P. and DeWitt, D. P.,“Fundamental of heat and mass transfer,”5th edition, New York: John Wiley & Sons Inc., July 2000.
[18] Davis, M. K., Digonnet, M. J. F., and Pantell, R. H., “Thermal Effects on doped fiber,” Journal of lightwave technology, Vol.16, No.6, pp.1013-1023,June 1998.
[19] 王寶，”焊接電弧物理與焊條工藝性設計”，機械工業出版社，北京，1998。
[20] 武傳松，”銲接熱過程分析”， 哈爾濱工業大學出版社，哈爾濱，1990。
[21] C.S. Wu, J.S. Sun, “Numerical analysis of temperature field during double-sided arc welding of thick materials,” Computational Materials Science, vol. 25, pp.457–468, 2002.