CN1189812A - 制造光纤的方法 - Google Patents

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Abstract

通过把石英粉末(91)淀积在管(90)的周围,制成了用于制造光纤的预制棒(94)。把玻璃成分不同的小片(81,82)放在管孔中。然后烧结、熔化并塌缩该预制棒。获得一拉丝坯料,该坯料可拉成低损耗、色散受控制的单模光纤。

Description

制造光纤的方法
背景技术
本发明涉及一种制造光纤的方法，所述光纤的光学性能沿光纤长度作系统变化。该方法对制造色散受控制(DM)的单模波导光纤特别有用。
只有优化系统设计，使总色散在工作波长处等于零或接近等于零，才可能使单模光纤具有较大的带宽。术语“色散”是指脉冲展宽，其单位是ps/nm-km。“色散积”是指色散乘以长度，其单位是ps/nm。
当电信网络使用多信道通信或波分复用时，系统会因四波混频而产生损耗。当信号波长处于或接近传输光纤的零色散波长时，便会发生这种损耗。需要探索能减小因波导非线性效应而造成信号变坏的波导光纤设计。在设计既要保持再生器之间间距很大的系统所需的特性又要减小四波混频的波导光纤时遇到了困难。即，为了基本上消除四波混频，波导光纤不应工作在它的总色散接近于零的波长处，因为当波导色散小(即小于约0.5ps/nm-km)时会发生四波混频。另一方面，对于波长偏离波导总色散为零处的信号，由于存在总色散而变坏。
克服这一困难的一种对策，建议这样来构造一个采用做成光缆的波导光纤段的系统，使得某些光纤段具有正的总色散，而某些光纤段具有负的总色散。如果对于所有的电缆段，色散的长度加权平均值接近于零，则再生器的间距可以很大。然而，信号基本上不通过色散接近于零的波导长度，从而避免了四波混频。
这一对策的问题在于，再生器之间的每段链路必须是定制的，以给出所需的色散的长度加权平均值。从光缆制造工厂到安装场地保持光缆色散完全相同，既是一项不希望的额外任务又是一项误差来源。此外，由于需要不仅提供合适的色散值，还要提供具有该色散值的合适的光缆长度，因而增加了制造的难度并导致增加系统的成本。当人们考虑需要替换光缆时，还会出现另外的问题。
Berkey等人在1996年1月11日递交的美国专利申请第08/584,868号中所揭示的光纤克服了这些问题。依照Berkey等人的专利申请中的原理，将每根各别的光纤做为独立的色散受控系统。对于每根波导光纤，设计一预选的总色散的长度加权平均值(即，总色散积)。使每根波导光纤都能与为该系统链路设计的其它任何波导光纤互换。这样，做成光缆的波导光纤都具有大体相同的色散积特性，因而不需要为系统的特别部分规定一组特别的光缆。当总的链路色散保持在一预选的值(该值可以是一基本上等于零的值)时，基本上消除了由于四波混频而产生的功率损失。或者把它减小到预选的大小。
依照Berkey等人的专利申请，DM光纤的色散沿波导长度在一正值范围和一负值范围之间改变。以ps/nm为单位的特殊长度l的色散积是(D ps/nm-km×lkm)的积。正的ps/nm值将抵消相等的负的ps/nm值。一般，与长度1i相关联的色散可以沿li逐点改变。即，虽然色散Di在色散的预定范围内，但可沿li逐点改变。为表示li对于单位为ps/nm的色散积的贡献，用小段dli累积而得出li，而在每一小段中，相应的总色散Di基本上不变。于是乘积dli×Di的和表征了li对色散积贡献。注意，在取dli趋于零的极限时，乘积dli×Di的和即为dli×Di在长度li上的积分。如果色散在分长度li内基本不变，则乘积的和就是li×Di。
通过控制每个小段dli的色散Di而控制总波导光纤长度的色散，从而在信号可复用的波长范围内，使乘积Di×dli的和等于一预选的值。对于具有长的再生器间距的高数据率系统，在约从1525纳米至1565纳米的低衰减窗中选取波长范围是有好处的。在此情形中，必须在该波长范围内使DM光纤的色散积的和以零为目标。把Di的大小保持在0.5ps/nm-km以上，以基本上防止四波混频，并将Di的大小保持在约20ps/nm-km以下，从而波导光纤参数不需要有过大的摆动。
通常，一给定总色散持续存在的长度大于约0.1km。这一长度下限减小了功率损失(见图5)，并且简化了制造过程。
把DM单模波导的周期定义为三段长度之和，第一长度具有在第一范围内的总色散，第二长度具有在第二范围内的色散，而第一和第二范围是异号的，第一长度与第二长度相加，再加上一段过渡长度，在该长度内，色散在第一和第二范围之间作一过渡。为避免在过渡长度内四波混频以及任何相关联的功率损失，保持过渡长度的部分(它具有的相关联的总色散小于约0.5ps/nm-km)越短越好。
如果较高和较低色散区域之间的过渡区域太长，在过渡区域中央部分将有一定长度的光纤其色散接近零。这将导致由于四波混频而产生的一些功率损失。过渡区域越长，则功率损失越大。所以过渡区域应足够陡峭，使得光纤的功率损失不会使总的系统功率损失超过分配的功率损失预算。
DM光纤制造过程的基本要求是能够形成较短的过渡区域。此外，DM光纤制造过程本身不应引起与四波混频无联系的额外损耗。过程还应简单和足够灵活，使得它能以多种光纤设计和材料来实现。因此，DM光纤必须是通过拉伸一个拉丝预制棒或拉丝坯料而形成的整体光纤，拉丝预制棒包括将形成色散不同的光纤小段的部分。这样的整体光纤在分别拉伸的光纤段之间没有接头，因为每个接头都会引起额外损耗。在理想情况下，整体光纤的总衰减不会大于每个形成光纤的连续放置光纤段的加权衰减的组合。
试图用车床加火焰的方法将纤芯芯料(cane)段熔融在一起，从而形成DM光纤纤芯棒。除了难以实现之外，该方法还存在纤芯不能对准，火焰会引起纤芯变湿等问题。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种光学特性沿其长度明显不同的光纤，以及制造这种光纤的改进方法。另一个目的是提供一种制造上述类型光纤的方法，在该光纤中，特性不同的光纤段之间的过渡长度非常短。再一个目的是提供一种制造上述类型光纤的方法，在该光纤中，衰减足够低，可用作长距离传输光纤。另一个目的是提供一种制造过渡长度较短的低损耗单模DM光纤的方法。另一种目的是提供一种制造低偏振模式色散的光纤。
本发明的一个方面涉及一种制造光纤预制棒的方法。简要地说，该方法包括以下步骤。将一层包层玻璃粒子淀积在包层玻璃管的外表面上，并将多个小片插入所述包层玻璃管内。玻璃管中至少有一个小片的一个光学特性不同于相邻小片的光学特性，并且每个小片至少有一个纤芯玻璃中心区。当将涂覆组件加热至低于包层玻璃粒子之烧结温度的某一温度时，使一种气体沿中心线流过管子。中心线气体选自纯氯气和与一种稀释气体混合的氯气。然后对涂覆组件加热，以烧结被覆层，从而产生径向向内的力，使管子塌缩到小片上并与小片熔合，并且使包层玻璃管纵向收缩，从而迫使相邻小片相互接近，并相互熔合在一起。
本发明的另一方面涉及一种由上述方法形成的整体光纤。该光纤包括多个连续放置的光纤段，每个光纤段具有一个玻璃纤芯和一个玻璃外包层。第一光纤段的纤芯不同于每个与第一段相邻的光纤段的纤芯。第一光纤段的包层与相邻光纤段的包层相同。在每两个相邻光纤段之间有一个过渡区，其长度小于10米。
附图概述
图1示出了总色散沿波导光纤长度变化。
图2示出了色散为零的波导光纤如何变化，可在预定的波长窗中，使波导的总色散保持在一个预定的范围内。
图3a是一曲线图，示出了一个系统的功率损失对输入功率的曲线，其中该系统由特定的波导分长度构成，具有很低的总色散数值。
图3b是一曲线图，示出了一个系统的功率损失对输入功率的曲线，其中该系统由特定的波导分长度构成，具有较高的总色散数值。
图4是总色散对功率损失的曲线图。
图5是色散变化周期长度对功率损失的曲线图。
图6是过渡区域长度对功率损失的曲线图。
图7是一示意图，示出了制造光纤的过程，光纤中的相邻段具有明显不同的特性。
图8是图7中小片(tablet)的放大剖视图。
图9示出了在一根管子上施加一层包层玻璃粒子。
图10是图7所示的由熔凝/熔融步骤产生的熔融组件截面图。
图11是对图7实施例修改的部分剖视图。
图12和13是色散位移光纤的折射率曲线。
                      本发明的详细描述色散受控制的光纤设计
图1示出了DM光纤总色散对波导长度的关系。可以看出，总色散在正值2和负值4之间交替地改变。尽管图1示出了多段呈现负色散的分长度和多段呈现正色散的分长度，但只需要一段负色散分长度和一段正色散分长度就够了。由线段6表示的总色散值的扩展范围说明总色散随传播光的波长而变化。范围6的水平线表示特殊的光波长的总色散。一般来说，以特殊的总色散为特征的波导长度8约大于0.1千米。除了可由色散积(长度×相应的总色散)之和等于预定值的要求推出的数值之外，基本上长度8没有上限。
图2所示的总色散对波长的示意图说明了DM单模波导光纤的设计考虑。直线10、12、14和16表示四根单独的波导光纤的总色散。在对于每根波导考虑的大约为30纳米的狭窄波长范围内，色散可用如图所示的直线近似。进行多路复用的波长范围是从26至28的范围。在范围18至20内具有零色散波长的任何波导段可以与在范围22至24内具有一零色散波长的波导段组合，以形成在工作窗26与28内具有一预选总色散的波导。
下述举例是在图2的基础上进行的。取工作窗为1540纳米至1565纳米。假设单模波导光纤的色散斜率约为0.08ps/nm2-km。令线段30的值为0.5ps/nm-km，而线段32的值为4ps/nm-km。所加的条件是工作窗内的总色散必须在大约0.5至4ps/nm-km范围内。于是，简单的直线计算得出1515纳米至1534纳米的零色散波长范围(18至20)。类似的计算得出1570纳米至1590纳米的零色散波长范围。在对所述范围内具有零色散的波导光纤段的总色散求代数和将得出处于0.5至4ps/nm-km之间的总色散。
如图3a和图3b中所示，DM光纤的设计与电信系统的细节关系很大，图3a和图3b是具有8条信道的120千米链路的功率损失对输入功率的曲线图，其中信道间的频率间隔为200吉赫兹(GHz)。在该情况下，功率损失主要是由四波混频引起的。图3a中的曲线62在输入功率约10dBm时陡升至损失接近1dB。对于曲线64，当输入功率为10dBm时损失约为0.6dB。这两条曲线的总色散的大小都是0.5ps/nm-km左右。然而，对于较陡的曲线62，具有给定符号的总色散的分长度是10km。曲线64的色散的相应分长度是60km。额外的损失是由于对较短的10km分长度情形而言，要有额外的通过零色散的过渡区。另一种说法是，对10km情形而言，信号的相位分离(它正比于振荡分长度)还不够大到基本上防止四波混频。“振荡分长度”可以是一个周期中的正色散分长度或负色散分长度。当不存在与振荡分长度相关的符号时，认为正负振荡分长度是相等的。
然而，总色散的大小也对于相位分离因而对于功率损失有影响。图3b的曲线66所示的功率损失是对于这样一个系统的，它与示于图3a的系统相同，只是分长度较短，约1km，而总色散的大小是1.5ps/nm-km。波导总色散从正到负有较宽的变动范围显著地减小了功率损失，从0.6dB降至小于0.2dB。约0.4dB/120km的功率损失差大得足以成为功能链路和非功能链路(特别是对于500km或更长的长距离无再生的链路)之间的差。
图4可用与图3a和3b大体相同的方式来解释。曲线68示出了功率损失对于总色散大小的曲线图。波导的分长度选为1km左右，因为通常使用的最短的光缆长度约为2km。仍然有8个信道，信道之间的频率间隔是200GHz，总长度为120km，而输入功率为10dBm。当总色散的大小下跌到约1.5ps/nm-km以下时，功率损失仍然上升较陡。
在图5中，从另一观点来表示系统设计。在此情形中，色散大小固定在1.5ps/nm-km。曲线70代表这样一个系统的功率损失对于分长度大小的曲线图，该系统有8个信道，信道之间的频率间隔为200GHz，而输入功率为10dBm。长度选择为60个色散分长度而允许分长度改变。当分长度在2km以上时，功率损失较低。但是对于相当大的总色散大小，由延长分长度超过2km并不能得到什么。当所用的信道数降至4个时，注意总的来说付出较低的四波混频损失，如曲线72所示。
另一设计考虑是过渡长度内总色散改变符号的陡峭程度。这里，过渡长度还影响信号相位分离。这样，浅过渡(shallow transition)将使信号在总色散接近零的波导区域传播，而这对于由四波混频产生的功率损失有不利影响。
以下举例说明了过渡长度对功率损失的影响。假设输入功率为10dBm。采用四个信道，信道之间的频率间隔为200GHz。总色散的大小是1.5ps/nm-km，而总色散的振荡分长度取为2km。如图6中曲线74所示，功率损失对过渡长度的曲线图表明，过渡长度最好短些。光纤制造
图7和图8示出了生产非常短的过渡区域的方法。为了实行该方法，可用任何已知的工艺制备纤芯预制棒。例如，用来制造纤芯预制棒的工艺有外部汽相沉积法(OVD)、汽相轴向沉积法(VAD)、改进化学汽相沉积法(MCVD)和等离子体化学汽相沉积法(PCVD)，在改进化学汽相沉积法中，在玻璃管内形成纤芯层，而在等离子体化学汽相沉积法中，管内的反应是由等离子体引起的。纤芯预制棒可以完全由纤芯玻璃构成，或者由一个纤芯区和一个包层区构成。
有两个或更多个最初形成的圆柱形预制棒，对它们加外包层，可以形成光学特性不同的光纤。对于大多数情况，只需要两种不同类型的纤芯预制棒；在图7和图8所示的实施例中使用了两种预制棒。
分别将第一和第二预制棒切成小片81和82。小片的长度依赖于所制光纤的具体类型。在制造DM光纤的过程中，选择小片81和82的长度，以便在最后的光纤中得到所需的分长度。小片可以用简单的划线加折断的方法来制造。小片81具有纤芯区83和包层区84；小片82具有纤芯区85和包层区86。
把具有环形增大部分97的毛细管玻璃柄92熔接至细长的玻璃管90的一端。柄92是第5,180,410号美国专利所揭示的球形接头型供气系统的一部分。增大部分97适于放在支撑管(未示出)的带狭缝的基座上，支撑管将柄92悬挂在熔凝炉中。对管90加热，并在柄92附近形成凹坑98。另一种方法是，使柄92与管90相邻的那部分凹陷。将包括管90和柄97的组件插入车床(未示出)，并使其相对喷灯100旋转和平移，在管90上沉积一层包层玻璃粒子或粉尘91(参见图9)。可使被覆层91增大至足够大的外直径(OD)，从而使最后的预制棒熔凝并拉伸成具有所需光学特性的光纤。如图7所示，层91可以复盖柄92。
对管90定向，使固定于柄92的一端低于另一端，并且将小片81和82交替插入管90的上端。小片不能落到凹坑98之外。对管90加热，并在相对凹陷98的另一端形成凹坑99。当管90反转时，凹坑99可防止小片掉出来。
柄92悬挂在一个支撑管(未示出)上，降低支撑管将组件94插入熔凝马弗(muffle)炉膛。当在熔凝炉中加热组件94时，干燥气体向上流过炉子(沿箭头93)。干燥气体通常包括氯气和诸如氦气等惰性气体的混合物。含氯气的气流(沿箭头96)从管92流入管90。尽管气流96可以含有诸如氦气等稀释气体，但最好是纯氯气，可以达到清洁的目的。由于每个小片81和82的直径略小于管90的内直径，所以氯气向下流，包围在每个小片的周围；它还在相邻的小片之间流动或扩散。然后，氯气通过管90的底部排出。氯气起热化学清洁剂的作用。在该热氯气清洁步骤期间，温度低于粉尘被覆层91的熔凝温度，使得小片81和82与管90之间的间隔为进行所需清洁敞开足够长的时间。在高温下，氯气清洁步骤更有效。因为在较低温度下，清洁步骤的持续期会非常长，就商业目的而言不希望这样，所以清洁步骤的温度最好至少为1000℃。显然，如果不在乎加工时间，那么可以使用较低的温度。位于管90与小片81和82之间的热氯气流有很大的好处，它可使相邻小片以及管与小片的表面合在一起，在它们的相对面上不会形成粒子。粒子包括诸如气泡和杂质等会在成品光纤中产生衰减的缺陷。
当使组件94进一步降低，伸入马弗炉膛内时，位于粉末层91端部的那部分管90的壁塌缩并熔融在一起，从而截断氯气流的中心线。然后，作为一个可选的步骤，可以接通一个阀，对管90内吸真空。当组件94继续移动伸入马弗炉膛时，首先是它的尖端然后是组件的剩余部分处于足以烧结被覆层91的最高炉温下。当烧结时，粉末被覆层91沿径向和纵向收缩。
当粉末被覆层91沿纵向收缩时，它使管90的长度缩短。这迫使相邻小片81和82在烧结温度下合在一起，从而熔合，不形成颗粒。如果管90不作纵向收缩，相邻小片就不会充分熔融，形成低损耗的光纤。
当粉末被覆层91沿径向收缩时，它对管90施加一个沿径向向内的力。这使管90向内挤压小片81和82，形成一根使三个区域81、90′和91′完全熔融的熔合组件98(见图10)。区域90′是塌缩管，而区域91′是经烧结的多孔被覆层。密度相当低的粉末提供了较大的向内的力；但是，粉末被覆层必须足够密实，以防裂开。
使填充了小片的外包层管熔凝而获得无粒子预制棒的步骤是一个重要的加工步骤。为了使小片无粒子地熔合在一起，必须使氯气流过管子，用化学的方法清洁所有的表面。但是，在坯料尖部熔融之后抽真空的步骤不是必须的。
从熔凝炉中取出熔合组件。在成品光纤中，熔合组件98的区域90′和91′起包层的作用。组件98可用作拉丝坯料，并可以将其直接拉成光纤。在光纤拉丝步骤之前，可以有选择地为熔合组件98增加附加包层。例如，可以将一层包层粉末淀积在组件98上，然后使其熔凝。另一种方法是，将组件98插入一根包层玻璃管中。如果要增加附加包层，那么必须适当调节小片81和82之纤芯区域的直径。
与在将纤芯芯料或小片插入包层玻璃管之前就使其熔合的方法相比，本发明的制备方法简单，并且能在干燥的环境下进行熔融。该方法对以下过程自动调整，即当管90在烧结多孔玻璃被覆层91期间向内塌缩时，使直径不同的相邻纤芯芯料的中心位于成品拉丝坯料的轴上。
本发明的方法给定制光纤性能带来了新的自由度。该方法可以形成相邻区域和段具有不同性能的光纤。非常陡峭的过渡区域连接相邻的光纤段。该光纤的衰减与标准的长距离电信光纤相同，即小于0.25dB/km，且最好小于0.22dB/km。
在图11所示的实施例中，不在管90中形成凹坑98和99。将一段较短玻璃毛细管104熔接至管90的一端。并使环璃柄与管90的另一端熔合。将小片81和82插入柄并进入管90中。由于管104的孔相当小，所述小片不会掉出该管。当使组件下降，进入熔凝炉内，开始烧结处理时，管104最先熔合，截断氯气流。形成DM光纤
用多根能够形成具有不同零色散波长之单模光纤的纤芯预制棒形成一根色散受控的光纤。通过改变诸如几何参数、折射率、折射率分布或成分等各种波导参数可以改变一段波导的色散。任何大量的折射率分布图为调节波导色散从而为改变总色散提供了所需的灵活性。Bhagavatula的美国第4,715,679号专利，以及第08/323,795号、第08/287,262号和第08/378,780号专利申请对这些作了讨论。
一种可用来形成在预定波长上具有零色散的光纤的折射率分布类型具有相当高折射率中心区域，中心区域周围包裹着折射率降低的环形区域，再外面包裹着折射率比前一折射率下降区域高的外环区域(见图12)。另一实施例的折射率分布(见图13)包括一个折射率基本不变的且折射率基本上与包层玻璃折射率相等的中心区域，以及一个折射率增大的相邻的环形区域。具有这种类型折射率分布的光纤容易制造。
简单的DM光纤折射率分布是阶跃型折射率分布。两根纤芯预制棒可以由相同的纤芯和包层材料制成，一个纤芯区域的半径大于另一个。将拉丝坯料拉成一根光纤，具有第一纤芯半径的光纤段分散在大于第一半径的第二半径的光纤段之间。大约为5％至25％的纤芯直径差足以形成所需的正到负色散变化。一般对于大多数应用来说，5％至10％的半径变化范围就足够了。
下例描述了适于在1545-1555纳米提供零色散的单模DM光纤的形成过程。用类似于美国第4,486,212号专利所述的方法制造两根不同的纤芯预制棒，所述专利的内容通过引用包括在此。简要地说，该专利的方法包括以下步骤：a)将玻璃粒子淀积在一根心轴上，形成多孔的玻璃预制棒，b)除去心轴并使多孔预制棒熔凝，形成一根干燥的经烧结的预制棒，c)拉伸经烧结的预制棒，并使轴向孔径在此时闭合。纤芯预制棒包括一个纤芯玻璃中心区域，周围包裹着一层很薄的包层玻璃。两根纤芯预制棒都具有如图12所示的纤芯折射率分布类型。第一纤芯预制棒是这样的，如果给它加上包层并拉成外直径为125微米的单模光纤，它将在1520纳米处呈现零色散。第二纤芯预制棒是这样的，如果用类似方法将其制成外直径为125微米的单模光纤，它的零色散波长将是1570纳米。将纤芯预制棒拉制成直径为7毫米和7.1毫米。对第一和第二经拉制的预制棒划线并将其弄断，形成长度基本相等的小片81和82。小片81具有纤芯区83和包层区84；小片82具有纤芯区85和包层区86。
使用一米长的石英管90；它的内直径(ID)为7.5毫米，外直径(OD)为9毫米。使用结合图7所描述的技术，将小片81和82装入管90中。使被覆层91增大到足够大的外直径，将所得的预制棒熔凝并拉伸成外直径为125微米的单模光纤。
将所得的组件94悬挂在一个熔凝炉内。当以1rpm旋转组件94时，以每分钟5毫米的速率将其下降至熔凝马弗炉膛95中。包含50sccm氯气和40slpm氦气的混合气体(沿箭头93)向上流过马弗炉。0.3slpm的氯气流沿中心线向下流过小片81和82的周围，并从管90的底部排出。熔凝炉内的最高温度约为1450℃。当组件94向下移入炉膛内时，沿中心线的氯气流以化学方式清洗小片81和82的表面和管90的内表面。当组件94进一步向炉膛内移动时，低于小片的那部分管子90熔化，并截断中心线的氯气流。然后接通一个阀(未示出)，将管90内抽真空。组件94继续向马弗炉内移动，并烧结被覆层91。管90被迫向内靠近小片81和82，并且所有玻璃元件的接触面都熔化了。当烧结粉末91时，管90变短，并在相邻的小片之间形成无粒子的熔融连接。
在从熔凝炉中取出用该工艺形成的拉丝坯料后，将其拉伸，形成外直径为125微米的DM光纤。已经拉制了用该工艺制成的优质的单模DM光纤；衰减一般为0.21dB/km。该衰减与通过对一个7毫米的纤芯芯料加外包层，形成一预制棒，再由预制棒拉伸出色散位移单模光纤所呈现的衰减相同。光纤中采用的两种不同类型的小片合并了工艺过程，在1545-1555纳米波长上提供了零色散。通过在光纤一端截取一部分从而改变光纤中每种纤芯长度的比，可以改变光纤的零色散波长。
振荡分波长和周期由纤芯预制棒小片的长度控制。拉制了振荡分长度为1.2-2.5km的光纤。其它光纤类型
已经结合DM单模光纤制造具体描述了本发明的方法，并且用前述一个具体的例子描述了制造这种光纤的一种方法。但是，该方法可用来制造许多其它类型的光学性能沿光纤长度系统变化的光纤。在每种情况下，通过将合适的小片插入管子并如上所述加工该管子，便可制成光纤。
为光纤提供Δ值呈现明显不同的交替光纤段，可使自发布里渊散射(SBS)最小，其中Δ定义为(n1 2-n2 2)/2n1 2(n1和n2分别是纤芯和包层的折射率)。用来制造光纤预制棒的一种类型的小片呈现一给定的Δ，而另一种类型的小片呈现明显不同的Δ值。纤芯的Δ值可以通过控制纤芯内掺杂剂的量或者通过改变纤芯的成分(即将其它掺杂剂加到纤芯中)来控制。为了改变折射率或诸如粘性等其它性质，可以使用包括氧化钛、氧化铝和氧化硼等多种掺杂剂。通过在管中交替放置多个能形成具有滤光功能之光纤的小片和多个能形成标准的不滤光的光纤的小片，可以制成能提供滤光功率的光纤。
小片的长度不必相等或接近相等。例如，光纤可以包括一些相当短的部分，其纤芯掺杂了活性掺杂离子，当用合适的波长光进行泵激时，能够产生光的激励发射。诸如铒等稀土掺杂离子特别适于该目的。因此，通过使用相当长的标准无铒纤芯小片和相当短的掺铒纤芯小片，可以制成掺铒纤芯段沿光纤长度间隔布置的光纤。
通过将多个小片插入管内(其中每个小片的纤芯直径小于前一小片的直径或者每个小片的纤芯直径大于前一小片的直径)，可以制成诸如在Soliton光纤中使用的纤芯大小有系统地缩小的光纤。另一种方法是，改变小片的会影响色散的其它一些纤芯特征，使成品光纤的色散从光纤的一端至另一端单调下降。
上述举例使用了光学性能不同的交替放置的小片。如此形成单根预制棒。使其纤芯折射率在方位上不对称。例如，可使纤芯不太圆，即纤芯的截面形状为具有主轴和副轴的椭圆(见美国第5,149,349号专利)。另一种情况是，如美国专利第5,152,818号所述，在纤芯的相对两侧，光纤包含应力棒(stress rod)。椭圆纤芯光纤可以这样形成。将预制棒切成小片。为包层玻璃管加一层包层玻璃粉末。将小片插入包层玻璃管中，使一个小片的椭圆纤芯的主轴相对相邻小片纤芯的主轴旋转。在将包层粉末熔凝并使小片与管以及小片之间熔合后，将所得的拉丝坯料拉成偏振模色散较低的光纤。
尽管已详细讨论了本发明的特殊实施例，但本发明仅受以下权利要求书的限制。

Claims (30)

1.一种制造光纤预制棒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将一层包层玻璃粒子淀积在具有第一和第二端的包层玻璃管的外表面上；
将多个小片插入所述包层玻璃管内，所述包层玻璃管中至少有一个所述小片的至少一个光学特性不同于相邻小片的光学特性，每个小片至少有一个纤芯玻璃中心区；
将涂覆组件加热至某一温度，该温度低于所述包层玻璃粒子的烧结温度；
使一种气体沿中心线流过所述管，所述气体选自纯氯气和与一种稀释气体混合的氯气，然后
对涂覆组件加热，以烧结所述被覆层，从而产生径向向内的力，使所述管塌缩到所述小片上并与小片熔合，并且使所述包层玻璃管纵向收缩，从而迫使相邻小片相互接近，并相互熔合在一起。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述小片包含一个包裹在所述中心纤芯玻璃区周围的包层区。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述包层玻璃管中至少有两个相邻小片具有椭圆截面的纤芯，所述至少两个相邻小片之纤芯的主轴不对准。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯气包含由纯氯气组成的气体。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯气包含气体由氯气和一种稀释气体组成。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述包层玻璃管塌缩到所述小片上的步骤期间，中心线气体流动步骤继续，直至使软化的玻璃部件塌缩将其断开为止。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，使所述包层玻璃管靠近其第二端的一个区域向内变形，并且在将所述包层玻璃管塌缩到所述小片上的步骤期间，中心线气体继续流动，直至使所述包层玻璃管塌缩将其断开为止。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将一根延长管与所述包层玻璃管的第二端熔合，并且在将所述包层玻璃管塌缩到所述小片上的步骤期间，中心线气体继续流动，直至使所述延长管塌缩将其断开为止。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述包层玻璃管塌缩到所述小片上之后，将所述中心线气体从所述包层玻璃管的所述第一端断开，然后使一真空源与所述包层玻璃管的第二端相连。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小片中有一个小片的折射率分布与相邻小片的折射率分布不同。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小片中至少第一小片的纤芯区包含能放大光的掺杂剂，并且至少有一个与第一小片相邻的小片不含所述掺杂剂。
12.一种制造光纤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将一层包层玻璃粒子淀积在具有第一和第二端的包层玻璃管的外表面上；
将多个小片插入所述包层玻璃管内，所述包层玻璃管中至少有一个所述小片的至少一个光学特性不同于相邻小片的光学特性，每个小片至少有一个纤芯玻璃中心区；
将涂覆组件加热至某一温度，该温度低于所述包层玻璃粒子的烧结温度；
使一种气体沿中心线流过所述管，所述气体选自纯氯气和与一种稀释气体混合的氯气，然后
对涂覆组件加热，以烧结所述被覆层，从而产生径向向内的力，使所述管塌缩到所述小片上并与小片熔合，并且使所述包层玻璃管纵向收缩，从而迫使相邻小片相互接近，并相互熔合在一起，形成一个经烧结的预制棒，并且
由所述经烧结的预制棒形成一根光纤，所述光纤包括多个纵向段，每段与所述小片中的一个小片对应。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述包层玻璃管中每个所述小片的纤芯区与所述小片中每个剩余小片的纤芯区不同。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述小片的光学特性是这样的，当从所述光纤的一端向其另一端分析所述段时，所述光纤每一段的色散比相邻段的色散低。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述小片的光学特性是这样的，所述光纤每一段的Δ值不同于相邻光纤段的Δ值，其中Δ＝(n1 2-n2 2)/2n1 2，并且n1和n2分别是所述光纤之纤芯和包层的折射率。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述小片的光学特性是这样的，所述光纤段中至少第一段传播某一给定波长的光，并且至少有一段与所述第一段相邻的光纤段滤除所述给定波长的光。
17.一种制造光纤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供第一组多个圆柱形纤芯小片，所述第一组多个小片中的每个小片至少具有一个纤芯玻璃中心区；
提供第二组多个圆柱形纤芯小片，所述第二组多个小片中的每个小片至少具有一个纤芯玻璃中心区，所述第二组多个小片的径向折射率分布不同于所述第一组多个小片的径向折射率分布；
将一层玻璃粒子淀积在包层玻璃管的外表面上；
将第一和第二组多个小片交替插入所述包层玻璃管内；
使一种气体沿中心线流入所述包层玻璃管的第一端，在所述管和所述小片之间以及相邻小片之间流动，并流出所述管的第二端，所述中心线气体选自纯氯气和与一种稀释气体混合的氯气，然后
对涂覆组件加热，以烧结所述被覆层，从而产生径向向内的力，使所述管塌缩到所述小片上并与小片熔合，并且使所述包层玻璃管纵向收缩，从而迫使相邻小片相互接近，并相互熔合在一起，形成一个经烧结的预制棒，并且
由所述经烧结的预制棒形成一根光纤，所述光纤包括多个纵向段，每段与所述小片中的一个小片对应。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述小片的光学特性是这样的，与所述第一组多个小片对应的那些光纤段在一给定的光波长处呈现给定的色散，而与所述第二组多个小片对应的那些光纤段在所述给定的光波长处呈现与所述给定色散不同的第二色散，从而所述光纤在所述给定波长处的色散是位于所述给定色散和所述第二色散之间的一个数值。
19.一种整体光纤，其特征在于，包括：
多个串行放置的光纤段，每个光纤段具有一个玻璃纤芯和一个玻璃外包层，第一光纤段的纤芯不同于每个与所述第一段相邻的光纤段的纤芯，所述第一光纤段的包层与所述相邻光纤段的包层相同，和
一个过渡区，该区域位于每两个相邻光纤段之间，所述过渡区的长度小于10米。
20.如权利要求19所述的光纤，其特征在于，每个光纤段纤芯的折射率分布在方位上不对称，具有一根由最大折射率构成的轴，所述第一光纤段的最大折射率轴不对准所述相邻光纤段中所述至少一个光纤段的最大折射率轴。
21.如权利要求19所述的光纤，其特征在于，所述第一光纤段的纤芯和所述相邻光纤段中至少一个光纤段的纤芯是椭圆形的，所述第一光纤段椭圆纤芯的主轴不对准所述相邻光纤段中所述至少一个光纤段之椭圆纤芯的主轴。
22.如权利要求19所述的光纤，其特征在于，所述第一光纤段的折射率分布不同于所述相邻光纤段纤芯的折射率分布。
23.如权利要求19所述的光纤，其特征在于，所述第一光纤段的Δ值不同于所述相邻光纤段的Δ值，其中Δ＝(n1 2-n2 2)/2n1 2，并且n1是光纤纤芯的最大折射率，而n2是光纤包层的折射率。
24.如权利要求19所述的光纤，其特征在于，所述第一光纤段的成分不同与所述相邻光纤段的纤芯成分。
25.如权利要求19所述的光纤，其特征在于，所述第一光纤段的纤芯包含一种能放大光的掺杂剂，而所述相邻光纤段不含所述掺杂剂。
26.如权利要求19所述的光纤，其特征在于，所述光纤段的光学特性是这样的，当从所述整体光纤的一端向其另一端分析所述段时，每段所述光纤段的色散比相邻段的色散低。
27.如权利要求19所述的光纤，其特征在于，所述第一光纤段滤除一给定波长的光，而所述相邻光纤段传播所述给定波长的光。
28.如权利要求19所述的光纤，其特征在于，所述第一光纤段在一给定的光波长处呈现给定的色散，而所述相邻光纤段在所述给定的光波长处呈现与所述给定色散不同的第二色散，从而所述光纤在所述给定波长处的色散是位于所述给定色散和所述第二色散之间的一个数值。
29.如权利要求19所述的光纤，其特征在于，所述整体光纤的衰减小于0.25dB/km。
30.如权利要求19所述的光纤，其特征在于，所述整体光纤的衰减小于0.22dB/km
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