CN1298372A - 光纤制造方法 - Google Patents

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Abstract

将不同的玻璃块(81,82)熔融在一起,产生一预制棒(94),由预制棒拉丝得到性质呈轴向变化的玻璃纤维。

Description

光纤制造方法
                        相关申请
本申请是1997年4日23日提交的美国专利申请第08/844,997号的部分连续申请(其中美国专利申请第08/844,997号要求1996年4月26日提交的临时申请第60/016435号的优先权)。本申请还要求1998年5月1日提交的美国临时申请第60/083878的优先权。
                        背景
本发明旨在提供一种光纤制造方法，其中所述光纤的光学性能沿其长度方向系统地变化。此方法特别适用于制造色散受控制(DM)的单模光纤。
仅当优化系统设计，使总色散在工作波长处等于零或接近等于零时，单模光纤才能实现潜在的高带宽。术语“色散”是指脉冲增宽，用单位ps/nm-km表示。“色散积”是指色散乘以长度，用单位ps/nm表示。
当电信网使用多信道通信或波分复用时，系统会因四波混频而发生性能劣化。当信号波长位于传输光纤的零色散波长或其附近时，便会发生这种性能劣化。有必要探索这样的波导纤维设计，它们能使非线性波导效应产生的信号劣化最小。在设计波导纤维时，出现了左右为难的情况，即，既要使四波混频最小，又要保持系统在再生器之间具有较长间距的特性。也就是说，为了基本上消除四波混频，波导纤维不应该工作在其零总色散附近，因为当波导色散较低时，即小于大约0.5ps/nm-km时，会发生四波混频。另一方面，由于存在总色散，所以波长远离波导之零总色散的信号将被劣化。
一种已被提议用来克服这一困难的措施是，用成缆的波导纤维分段来构造一种系统，其中一些分段具有正的总色散，另一些分段具有负的总色散。如果所有光缆分段的色散加权平均接近于零，那么再生器间距可以很大。但是，实质上信号永远不会通过局部色散接近于零的波导长度，因此避免了四波混频。
该方案的问题是，必须定制再生器之间的每条链路，以给出所需的色散对长度的加权平均。保持光缆色散从成缆厂到现场安装始终一致是不希望有的附加任务，并且会产生误差。另外，同时需要适当色散和具有该色散的光缆长度会增加制造难度，并且导致系统成本增加。当需要替换光缆时，又出现另一种问题。
1996年1月11日提交的美国专利申请第08/584,868号所揭示的光纤解决了这些问题，该专利的内容通过引用包括在此。根据Berkey等人专利申请的原理，可以将每个个别光纤制作成独立的色散受控系统。对每个波导纤维设计预选的总色散长度加权平均值，即总色散积。每个波导纤维可以与为该系统链路设计的任何其它波导纤维互换。因此，成缆的波导纤维实质上都具有相同的色散积特性，并且不需要为系统的特定部分配置特殊的光纤组。本质上消除了由四波混频引起的功率损失，或者将该功率损耗降低到预先选定的水平，同时将总链路色散保持在预选值，该值可以是基本上等于零的值。
依照Berkey等人的专利申请，DM光纤的色散沿波导长度在一个正值范围和一个负值范围之间变化。特定长度l的色散积(单位为ps/nm)为乘积(Dps/nm-km×lkm)。正的ps/nm数值可以抵消等量的负的ps/nm数值。一般地说，与长度li相关的色散可以li逐点变化。也就是说，色散Di落在一预定的色散范围内，但可以沿长度li逐点变化。为了表示li对色散积(单位为ps/nm)的贡献，li由许多分段dli组成，在各个dli上相关的总色散Di基本上为常数。于是，积dli×Di的和表征了li对色散积的贡献。注意，在dli接近于零的极限情况下，乘积dli×Di的和简单地等于dli×Di对长度li的积分。如果色散在子长度li上基本不变，那么乘积的和简单地等于li×Di。
通过控制每个分段dli的色散Di，来控制总波导纤维长度的色散，致使乘积Di×dli的和在可以复用信号的波长范围内等于一个预选值。对于具有较长再生器间距的高速系统，可以有利地选择从大约1525纳米至1565纳米的低衰减窗口中的波长范围。在该情况下，DM光纤的色散积的和必须在该波长范围内为零。将Di的数值(绝对值)保持在0.5ps/nm-km以上，以便基本上防止四波混频现象，并且低于大约20ps/nm-km，以便不需要波导纤维参数中的大幅度摇摆。
保持一给定总色散的长度一般大于约0.1km。该长度下限可以降低功率损失(参见图5)，并且简化了制造过程。
将DM单模波导的周期定义为具有总色散在第一范围内的第一长度加上具有色散在第二范围内的第二长度，加上色散在第一和第二范围之间过渡的过渡长度，其中第一和第二范围符号相反。为了避免在过渡长度上产生四波混频和任何相关的功率损失，可以有利地保持过渡长度中相关总色散小于大约0.5ps/nm-km的那部分长度尽可能地短。
如果正色散区和负色散区之间的过渡区太长，那么对于一些有限长度的光纤，过渡区中央部分的色散将接近于零。这将导致由四波损耗产生一些功率损失。过渡区越长度，功率损失越大。因此，过渡区应该足够陡峭，以致于光纤功率损失不会使总系统功率损失超过所分配的功率损失预算。光纤相邻区之间的过渡区长度以小于10米为宜，小于5米则更好，但最好小于3米。
对DM光纤制造工艺的一个主要要求是，它可以形成较短的过渡区。另外，DM光纤的制造工艺不应该由其本身引起过多的与四波混频无关的损耗。另外，工艺应该简单，并且有足够的适应性，以便它能用各种光纤设计和材料来实现。因此，DM光纤必须是单一光纤，通过对拉制预制棒或拉制坯棒拉丝而形成，其中预制棒或坯棒包括许多部分，这些部分将形成色散不同的光纤片段。这类单一光纤在分别拉丝的光纤片段之间不包括接头，因为每个接头都会引入附加损耗。理想情况下，单一光纤的总衰减不大于用来形成该光纤的每个连续排列部分之加权衰减的合并。
                          发明内容
本发明的一个方面是提供一种光纤预制棒的制造方法。简要地说，该方法包括以下步骤：沿一装置或在该装置内布置交替的玻璃区或玻璃小块，以便按相互间所需的关系保持交替的玻璃区。至少一个小块的至少一个光学特性与相邻小块的光学特性不同。当用本发明制作在例如低至1300纳米和高至1620纳米处有用的光纤时，本发明具有特殊的优点，其优点在于，可以制作在大于1480纳米的波长处具有交替色散特性的光纤，例如，在1550纳米的工作窗口中，交替玻璃区的局部色散为负，而相邻玻璃区在1550纳米波长处的局部色散则为正。例如，这可以通过以下方式实现，即组装具有不同成份或纤芯折射率分布曲线或掺杂浓度的交替玻璃区。然后，用下述方式将这些交替玻璃区熔融在一起，即将玻璃区加热到足以使玻璃区熔融在一起并且熔凝成一预制棒或预制棒先驱物的温度，而预制棒可用来拉丝得到光纤。
在一实施例中，对准装置是一玻璃管，并且将许多小块插入玻璃管中。例如，可以用一种需要的纤芯玻璃材料制作小块，并且用外部纤芯玻璃材料或包层材料制作管子。另一种方法是，用纤芯材料和包层材料两者制成小块。
在另一实施例中，对准装置是玻璃棒，并且小块是玻璃环，它们可以按一所需的关系沿棒对准。例如，棒可以是纤芯玻璃材料，并且玻璃环由外部纤芯材料或包层材料制成。在一较佳实施例中，用交替的环或者不同的掺杂物或成份浓度制作至少一部分外部纤芯区，该部分沿成份不变的内部纤芯区的长度变化。
然后，对小块执行熔融步骤，在该步骤中，将所得的组合件加热到足以使小块彼此熔融的温度。在熔融步骤之前，最好使小块经历一清洁步骤，在该步骤中，对小块加热，并且将小块暴露于一种清洁气体，诸如纯氯气或者与一种稀释气体混合的氯气。如果需要或者希望，可以抽真空，以便将小块无空隙地熔融在一起。在将小块布置在管子内的实施例中，很容易通过对管子抽真空来达到这一目的。在使用沿棒排紧环的实施例中，通过以下方式可以方便抽真空，所述方法是首先用CVD施加一层附加的外部玻璃微粉体并且对微粉体包层进行熔凝步骤，然后对外部经熔凝的玻璃抽真空。熔凝步骤还有助于产生沿径向向内的力，该力使组合件塌缩到小块上，并与小块熔融，并且熔凝步骤使组合件纵向收缩，从而迫使相邻小块彼此挤压，并彼此熔融。
按需要可以增加附加的玻璃层。最好，用CVD方法沉积这些附加层，之后将这些层熔凝入玻璃。在熔凝之前，首先使这些附加层经历清洁步骤，在该步骤中，将涂覆的组合件加热到小于包层玻璃颗粒之烧结温度的温度，并且使一种中心线气体流过管子。中心线气体可以选自以下物质组成的组：纯氯气和与一种稀释气体混合的氯气。然后，加热经涂覆的组合件，以便烧结涂覆层。
本发明的另一方面有关一种用上述方法制成的单体光纤(即，它不是由接合在一起的光纤片段组成的)。此光纤包括多个串联排列的光纤片段，每个光纤片段都有一个玻璃纤芯和一个玻璃外部包层。第一光纤片段的纤芯不同于与第一片段相邻的每个光纤片段的纤芯。第一光纤片段的包层与相邻光纤片段的包层相同。在每两个相邻的光纤片段之间是一个过渡区，其长度最好小于10米。
                        附图概述
图1是一示意图，示出了沿波导纤维长度变化的总色散。
图2示出了波导纤维的零色散如何变化，以保持波导总色散落在预定波长窗口中的一个预选范围内。
图3a是一曲线图，示出了一系统中功率损失与输入功率的关系，其中所述系统由具有较低总色散数值的特殊波导子长度组成。
图3b是一曲线图，示出了一系统中功率损失与输入功率的关系，其中所述系统由具有较高总色散数值的特殊波导子长度组成。
图4是一曲线图，示出了总色散对功率损失的关系。
图5是一曲线图，示出了色散变化周期长度对功率损失的关系。
图6是一曲线图，示出了过渡区长度对功率损失的关系。
图7是一示意图，示出了一种光纤制造工艺，其中光纤的相邻部分具有明显不同的特性。
图8是图7中小块的放大截面图。
图9示出了将一层包层玻璃颗粒加到一管子上。
图10是一截面图，示出了由图7所示熔凝/熔融步骤而产生的熔融组件。
图11是一部分截面图，示出了对图7实施例的修改。
图12和图13是色散位移光纤的折射率分布曲线。
图14和图15例示了用本发明方法沿单个光纤形成的交变型折射率分布曲线，以便以一较宽的波长范围内控制色散特性。
图16示出了依照本发明的另一方法。
图17和图18例示了另一些用本发明方法沿单个光纤形成的交变型折射率分布曲线。
图19和图20例示了另一些用本发明方法沿单个光纤形成的交变型折射率分布曲线。
图21和图22例示了另一些用本发明方法沿单个光纤形成的交变型折射率分布曲线。
图23和图24例示了另一些用本发明方法沿单个光纤形成的交变型折射率分布曲线。
图25和图26例示了另一些用本发明方法沿单个光纤形成的交变型折射率分布曲线。
                  本发明的详细描述色散受控光纤的设计
图1绘制了DM光纤总色散对波导长度的关系。由图可见，总色散在正值2和负值4之间变化。尽管图1示出了多个呈现负色散的子长度和多个呈现正色散的子长度，但只需要一个负色散子长度和一个正色散子长度。直线6所指的总色散值的展宽表示总色散是随传播光的波长而变化的。展宽6的水平线表示一特定光波长的总色散。一般地说，用特定总色散表征的波导长度8大于大约0.1 km。长度8基本上不存在一个上限，除非要求乘积和(长度×相应的总色散)等于一预选值而推断出一个上限。
图2所示的总色散对波长的关系图说明了对DM单模波导纤维的设计考虑。直线10、12、14和16表示四种个别波导纤维的总色散。在为每个波导考虑的较窄的波长范围内，即大约30纳米，可以如图所示用直线近似表示色散。将进行复用的波长范围在26至28的范围内。可以将在18-20范围内具有零色散波长的任何波导分段与在22至24范围内具有零色散波长的波导分段组合，以产生在26至28工作窗口内具有预选总色散的波导。
以下例子基于图2。取工作窗口1540纳米至1565纳米。假设单模波导纤维的色散斜率大约为0.08 ps/nm2-km。令直线30取数值0.5 ps/nm-km，而直线32取数值4 ps/nm-km。应用下述条件，即工作窗内的总色散必须在大约0.5-4 ps/nm-km的范围内。然后，通过一简单的直线计算可以获得1515 nm-1534nm的零色散波长范围18-20。用类似的计算可以获得1570 nm-1590 nm的零色散波长范围22-24。对在所述范围内具有色散零的各波导纤维分段的总色散进行代数求和，这将产生在0.5和4 ps/nm-km之间的总色散。
尽管在图2中只示出了具有正色散斜率的波导纤维，但本发明不限于此。例如，除了在交替正、负色散分段之外，在本发明的一个较佳实施例中，将本发明的光纤构造成在与负斜率色散区相邻的正斜率色散区之间交替。还可以将光纤构造成交替具有不同有效面积的部分。在另一较佳实施例中，将光纤结构成相邻部分在具有负色散斜率的负总色散区和具有正色散斜率的正总色散区之间交替。在另一个较佳实施例中，将光纤构造成相邻部分在具有较小或零色散斜率的负总色散区和具有较小的或零色散斜率的正总色散区之间交替，例如，小于0.02 ps/nm2-km，最好小于0.01 ps/nm2-km。
如图3a和图3b所示，设计DM光纤强烈地依赖于电信系统的细节。这两幅图示出了具有8信道、长度为120 km的链路中功率损失对输入功率的关系，其中信道的频率间隔为200GHz。在该情况下，功率损失主要由四波混频引起。图3a中的曲线62急剧上升，当输入功率大约为10dBm时，损失接近于1dB。对于曲线64，当输入功率为10dBm时，损失大约为0.6dB。对于这两条曲线，总色散的数值都大约为0.5ps/nm-km。但是，对于较陡峭的曲线62，具有给定符号的总色散的子长度为10km。曲线64中色散的相应子长度为6km。对于较短的10km子长度的情况，额外损失来自通过零色散的附加过渡。换一种说法，对于10km的情况，与振荡子长度成正比的信号分相不足以基本上防止四波混频。“振荡子长度”可以是一个周期的正色散子长度，也可以是一个周期的负色散子长度。当不存在与振荡子长度相关的符号时，使正振荡子长度与负振荡子长度相等。
但是，总色散的数值还会影响相位分隔，进而影响功率损失。图3b的曲线66示出了与图3a所示系统相同的功率损失，但其子长度较短，大约为1km，总色散数值为1.5ps/nm-km。使波导总色散加宽正、负之间的振荡可以明显降低功率损失，即从0.6dB降低到小于0.2dB。损失差大约0.4dB/120km足以成为功能链路和非功能链路之间的差别，特别对于500km或更长的非再生链路。
图4的说明方式基本上与图3a和图3b相同。曲线68示出了功率损失对总色散数值的关系。波导子长度选为大约1km，因为常用的最短光缆长度大约为2km。同样，有8个信道，它们的频率间隔为200GHz，总长度为120km，并且输入功率为10dBm。同样，当总色散数值下降到大约1.5ps/nm-km以下时，功率损失急剧上升。
图5从另一角度图示系统设计。在该情况下，色散数值固定为1.5ps/nm-km。曲线70表示一系统中功率损失对子长度数值的关系，其中所述系统具有8个信息，频率间隔为200GHz，输入功率为10dBm。选择长度为60个色散子长度，并且允许子长度变化。当子长度大于2km时，产生较小的功率损失。但使用相对较大的总色散数值时，通过将子长度增加到2km以上几乎不能获益。注意，如曲线72所示，当把所用的信道数据减少到4时，四波混频引起的损失一般较低。
另一种设计考虑是总色散在其上改变符号的过渡长度的陡峭度。这里，信号分相同样受过渡长度的影响。因此，较浅的过渡使信号传过总色散接近于零的波导区，并且这会反过来影响由四波混频产生的功率损失。
以下例子说明了过渡长度对功率损失的影响。假设输入功率为10dBm。使用4个信道，它们的频率分隔为200GHz。总色散的数值是1.5ps/nm-km，并且总色散的振荡子长度取2km。图6中曲线74所示的功率损失对过渡长度的关系说明较短的过渡长度受欢迎。
光纤制造
图7和图8示出了用于生产非常短的过渡区的方法。为了实践该方法，可以用任何已知的工艺制备纤芯预制棒，但最好用化学汽相沉积(CVD)方法进行制备，在CVD方法中，将玻璃以微粉体的形式沉积，然后对玻璃加热，并熔凝成一块玻璃。尽管可以使用此类任何CVD方法，但可用来制作纤芯预制棒的较佳的CVD工艺的例子包括外侧汽相沉积法(OVD)、汽相轴向沉积法(VAD)、改进的化学汽相沉积法(MCVD)，以及等离子化学汽相沉积(PCVD)。其中，在改进的化学汽相沉积法中，纤芯层形成于玻璃管内；在等离子化学汽相沉积法中，管内反应是由等离子体引起的。纤芯预制棒可以全部由纤芯玻璃构成，或者可以纤芯区和包层区组成。
有两个或多个初步形成的圆柱体预制棒，它们能够被外包层，并且形成光学特性完全不同的光纤。对于大多数应用来说，只需要两类不同的纤芯预制棒；在图7和图8所示的实施例中，使用两个预制棒。
分别将第一和第二预制棒切成小块81和82。如这里所用的，玻璃小块是指任何玻璃组件区，该玻璃组件区可以与其它玻璃组件区组装在一起，形成交替的玻璃段，这些玻璃段在至少一个光学特性或成份方面(掺杂浓度)彼此不同。
小块的长度取决于被制光纤的具体类型。在制作DM光纤的工艺中，选择小块81和82的长度，以便在所得的光纤中产生所需的子长度。可以用简单的刻痕和折断的方法来制作小块。在另一个实施例中，例如用装有钻石研磨剂的轮锯，锯下具有所需长度的小块，从而形成小块。然后，对所得小块的端面抛光。在图8所示的实施例中，小块81具有纤芯区83和包层区84；小块82具有纤芯区85和包层区86。
将具有一环状增大部分97的管状玻璃手柄92与细长玻璃管90的一端融合。手柄92是美国专利第5,180,410号所揭示的球节型供气系统的一部分。增大部分97适于放在在熔凝炉中悬挂手柄92的支撑管(未图示)的槽形基座上。对管子90加热，并且在手柄92附近形成一凹痕98。另一种方法是，使手柄92中邻近管子90的部分凹下。将包括管子90和手柄92的组合件插入车床(未图示)中，然后将组合件相对喷灯100旋转和平移，喷灯100将一层包层玻璃或微粉体91(见图9)沉积在管子90上。可以使涂层91增厚到足够大的外直径(0D)，以便可以将所得的预制棒熔凝和拉丝成具有所需光学特性的光纤。如图7所示，层91可以与手柄92重叠。
将管子90定向，使得与手柄92固定的一端低于另一端，并且将小块81和82交替插入管子90的上端。小块不能落到凹痕98以外。对管子90加热，并且在凹痕98相对端的附近形成凹痕99。当颠倒管子90时，凹痕99防止小块掉出。
手柄92悬挂在一支撑管(未图示)的下面，所述支撑管向下移动，将组合件94插入熔凝马弗炉95中。当在熔凝炉中加热组合件94时，干燥气体向上流过炉子(箭头93)。传统上，干燥气体含有氯气和氦气之类惰性气体的混合物。含氯气的气流(箭头96)从管子92流入管子90。尽管气流96可以包含诸如氦气等稀释剂，但为了清洁的目的，最好使用纯的氯气。由于每个小块81和82的直径都略小于管子90的内直径，所以氯气可以在每个小块的整个周围向下流动；它还在相邻小块之间流动或扩散。然后，氯气从管子90的底部排出。氯气起热化学清洁剂的作用。在此热化学清洁步骤期间，温度低于微粉体涂层91的熔凝温度，致使小块81和82与管子90之间的间隙保持张开一段足够的时间，以便发生所需的清洁。氯气清洁步骤在高温下更加有效。最好，清洁步骤的温度至少为1000℃，因为在较低温度下，步骤的持续时间会很长，对于商业目的来说，这是不希望有的。显然，如果不关心处理时间，那么可以使用较低的温度。热氯气在管子90和小块81和82之间流动是非常有利的，有利之处在于它允许相邻小块之间的表面以及管子与小块之间的表面集合在一起，但不会在它们的界面上形成籽粒。籽粒包括诸如气泡和杂质等缺陷，它们会在成品光纤中产生衰减。
当把组合件94进一步向下插入马弗炉中时，管子90中位于微粉体层91之端部的那部分壁塌缩和熔融在一起，从而截断中心线上的氯气流。然后作为一个可选步骤，切换一个阀，对管子90抽真空。当组合件94继续向马弗炉内移动时，首先是其尖端，然后是组合件的剩余部分，将经受最大炉温，该温度足以烧结涂层91。当微粉体涂层91烧结时，其径向和纵向都会收缩。
当微粉体涂层91纵向收缩时，它使管子90的长度缩短。当小块81和82处于烧结温度下时，相邻小块81和82被迫挤压在一起，致使小块熔融在一起，并且不开成籽粒。如果管子90没有上述纵向收缩，相邻小块就不会充分熔融以形成损耗较低的光纤。
当微粉体91径向收缩时，它沿径向对管子90施加一个向内的力。这使管子90向内作用于小块81和82，形成一个熔融的组合件98(参见图10)，在熔融的组合件98中，三个区域81、90′和91′完全熔合。区域90′是塌缩管，而区域91′是经烧结的多孔涂层。密度相对较低的微粉体提供了较大的内向力；但是，微粉体涂层必须足够地致密，以便防止破裂。
填充小块的外包层管熔凝以产生没有籽粒的预制棒，这是一个重要的工艺步骤。为了使小块熔融在一起不产生籽粒，必须使氯气流过管子，对所有表面进行化学清洁。尽管在坯棒尖端熔融后抽真空的步骤不总是必须的，但在许多实施例中它是首选，因为该步骤可以极大地便于形成衰减较小的光纤，尤其是在相邻玻璃部分或小块区域之间的界面上。
从熔凝炉中取出熔融的组合件。熔融组合件98中的区域90′和91′起成品光纤中包层的作用。组合件98可以用作拉丝坯棒，并且可以直接拉丝成光纤。在光纤拉丝步骤之前，可有选择地为熔融组合件98提供附加的包层。例如，可以将一层包层微粉体涂层沉积在组合件98上，然后将其熔凝。另一种方法是，将组合件98插入包层玻璃管中。如果增加了附加包层，那么就必须适当调节由小块81和82组成的纤芯区的直径。
与在插入包层玻璃管之前将纤芯茎或小块熔融的方法相比，本方法实现起来很简单，并且它可以使熔融在干燥的环境下完成。本方法是自对准的，在烧结多孔玻璃涂层91期间，当管子90塌缩时，不同直径的相邻纤芯茎的中心将位于所得拉丝坯棒的轴上。
本发明的方法为光纤性质的定制提供了新的自由度。该方法可以使光纤具有性质完全不同的相邻区域或长度。非常突然的过渡区连接相邻的光纤段。此种光纤的衰减与标准长距离电信光纤的衰减相同，即，小于0.25dB/km，并且最好小于0.22dB/km。
在图11所示的实施例中，在管子90中不形成凹痕98和99。将一小段玻璃毛细管与管子90的一端熔合，并且将玻璃手柄与管子90的另一端熔合。将小块81和82通过手柄插入管子90。由于管子104的内径相对较小，所以小块不会落到管子104的外面。当把组合件向下移入熔凝炉中，开始烧结工艺时，管子104开始熔融，截断氯气流。
在本发明中，最好用化学汽相沉积法形成这些玻璃小块。因此，用CVD沉积玻璃微粉体，然后将玻璃微粉体熔凝成相对密实的玻璃。然后，将所得的玻璃切成具有所需成份、形状和大小的小块81和82，并且按希望在管子90内组装小块。由于用化学汽相沉积技术形成玻璃，所以通过在CVD微粉体沉积工艺期间改变沉积掺杂物的量或类型，可以形成具有复杂折射率分布曲线的玻璃小块。
例如，在刚才描述的实施例中，可以将小块81和82构造成具有不同的折射率分布曲线。在一个较佳的实施例中，用OVD方法形成玻璃棒，再由玻璃棒制成小块81和82。在OVD方法中，选择在微粉体沉积步骤或后续的微粉体掺杂步骤期间所加的掺杂物的量和类型，从而获得特别需要的折射率分布曲线。然后，对所得的微粉体玻璃预制棒加热，并熔凝成玻璃棒。
在一个实施例中，组装折射率分布曲线分别与图14和图15所示分布曲线类似的玻璃小块81和82。第一根棒的分布曲线如图14所示。当从轴向外描述时，第一根棒的折射率分布曲线包括一个折射率较高的中央纤芯区，其折射率为n1，然后是掺氟的“壕”区，其折射率为n2，折射率n2小于折射率n1，并且小于纯SiO2的折射率，然后是第三区，其折射率为n3，折射率n3在折射率n1和n2之间。然后，还可以有选择地加一包层区，它基本上由SiO2组成，但可以略微上掺杂或下掺杂。
第二根棒的分布曲线如图15所示。当从轴向外描述时，第二根棒的折射率分布曲线包括一个折射率较高的中央纤芯区，其折射率为n1，然后是“壕”区，其折射率为n2，折射率n2不小于SiO2的折射率，然后是第三区，其折射率为n3，折射率n3介于折射率n1和n2之间。然后，还可以有选择地加一包层区，它基本上由SiO2组成，但可以略微上掺杂或下掺杂。
然后，从第一根棒上切下圆柱形的玻璃小块81，从第二根棒上切下圆柱形的玻璃小块82。然后，如上所述，用交替的方式将分别具有图14和15所示折射率分布曲线的小块81和82插入管子90中。本实施例特别适用于形成下述光纤，在该光纤中，具有正斜率(对波长)的正色散部分与具有负斜率的负总色散部分交替。当在零色散波长附近但不是在零色散波长处工作时，如此构造的光纤，其总衰减小于0.5dB/km。如果需要，例如如果需要附加包层，接着可以将附加的玻璃微粉体(掺杂的或不掺杂的)沉积到包括管子90以及小块81和82的组合件上。
在另一个实施例中，组装折射率分布曲线类似于图17和图18所示分布曲线的玻璃小块81和82。第一根棒的分布曲线如图17所示。当从轴向外描述时，第一根棒的折射率分布曲线包括一个折射率较高的中央纤芯区，其折射率为n1，然后是折射率较低的“壕”区，其折射率为n2，折射率n2小于折射率n1。在例示的实施例中，折射率较高的第一区由掺GeO2的SiO2构成，而折射率较低区域的较低折射率是或大约是纯石英的折射率。然后，还可以有选择地加一附加包层区，它基本上由SiO2组成，但可以略微上掺杂或下掺杂。为了形成具有负色散和负色散斜率的区域，最好在纤芯区内存在折射率较低的壕区。
第二根棒的分布曲线如图18所示。当从轴向外描述时，第二根棒的折射率分布曲线包括一个折射率较高的中央纤芯区，其折射率为n1，然后是折射率较低的区域，其折射率为n2，折射率n2不小于SiO2的折射率。在说明的实施例中，折射率较高的第一区由掺GeO2的SiO2构成(当然，可以用任何其它的掺杂物来代替GeO2，选择其它的掺杂物来增大折射率，使折射率大于SiO2的折射率)，而折射率较低的区域也由掺GeO2的SiO2组成，但掺杂量少于折射率较高的区域。在说明的实施例中，在对应于用来组装小块81和82的SiO2管子90的区域中，存在一个凹陷，不希望此凹陷折射率区域对光纤性能产生很大的影响。当然，如果需要，可以使用掺GeO2的SiO2管子，它与折射率较低的第二区的折射率一致，从而完全避免形成折射率凹陷。然后，还可以有选择地加一包层区，它基本上由SiO2组成，但可以略微上掺杂或下掺杂。
然后，从第一根棒上切下圆柱形的玻璃小块81，从第二根棒上切下圆柱形的玻璃小块82。然后，如上所述，用交替的方式将分别具有图17和18所示折射率分布曲线的小块81和82插入管子90中。如图17和图18所示，然后用掺GeO2的SiO2附加层对管子进行外包覆，其中附加层的折射率与图18中折射率较低的第二区的折射率一致。此外包覆对光纤起包层区的作用。
本实施例特别适用于形成下述光纤，在该光纤中，具有正斜率(对波长)的正色散部分与具有负斜率的负总色散部分交替。它还有可以避免使用昂贵的氟气掺杂的优点。当在零色散波长附近但不是在零色散波长处工作时，如此构造的光纤，其总衰减小于0.5 dB/km。如果需要，例如如果需要附加包层，接着可以将附加的玻璃微粉体(掺杂的或不掺杂的)沉积到包括管子90以及小块81和82的组合件上。
当然，本发明可以用其它的和附加的方式来实现。例如，不把小块插入管子中，而是如图16所示，使用环形小块81和82，并将小块沿棒112放置。例如，为了配制与刚才上述示例中制成的预制棒类似的光纤预制棒，但不把玻璃小块81和82交替地组装到管子内，可以用折射率为n1的单根玻璃棒形成折射率较高的中央纤芯区(例如，可以是掺Ge的SiO2)。用这种方式，可以用一根沿其长度具有连续的、相对平均成份的棒，制成折射率较高的内纤芯部分，并且用许多环形物制成外纤芯部分，该部分具有纤芯折射率分布曲线，但折射率较低或不同。然后，将所获得的包括棒112以及环形小块81和82的组合件熔凝，并且/或者按需要用CVD方法施加附加的玻璃。
在另一个实施例中，组装玻璃小块81和82，它们的折射率分布曲线类似于图19和图20所示的分布曲线。可以用这种组合制成阶跃折射率型光纤。例如，光纤的直径大约为125微米，光纤在阶跃设计Δ大约为0.5％的分层之间交替，纤芯直径大约等于8微米，然后向外是具有相同Δ但纤芯直径大约等于4微米的分层。这种设计将产生这样的交替部分，其色散的正负数值存在很大差异。通过如上所述将两种不同的纤芯茎小球组装到管子内，可以制造出这种色散受控光纤。可以用锯子将这类小球切片或切块，然后用火焰抛光或机械抛光技术进行抛光。另一种方法是，用图16所示的工艺制作这种类型的光纤，该方法将环形小块81和82组装到纤芯茎110中。
在该情况下，可以使用具有合适直径的单个连续的纤芯茎来组装环形小块81和82。在本实施例中，纤芯茎110具有图19和图20所示的折射率分布曲线120，当坯棒完全组装好时，纤芯茎110将形成最终纤芯的一部分。小块81和82分别具有折射率分布曲线122和123(再次，如图19和图20所示)，将小块81和82切成正好适合中央纤芯茎110的大小(最好在各部件之间留有足够的间距，以便能够通过诸如氯气等清洁气体进行清洁)，并且将组装小块，制成DMF的交替部分。在本例中，小块82由纯石英制成。用这种方式组装的坯棒在图19和图20所示的分布曲线之间交替，并且产生这样的交替部分，其色散的正负数值存在很大的差异。在用这种方式组装了纤芯茎之后，最好沉积更多的微粉体，用以完成拉丝前坯棒的外包层部分。然后，将坯棒熔凝，形成用于制作色散受控光纤的坯棒。在熔凝工艺之前或期间，最好用氯气对小块81和82以及纤芯119进行清洁。可以抽真空，以便使小块81和82与中央纤芯110完全径向熔合，并且彼此纵向熔合。这一组装/制造工艺存在许多优点。首先，纤芯的大部分由连续的茎制成，并且不经历可能带来污染的小块制备工艺。其次，由于使用切块或锯的技术，小块81和82可以很薄(例如，环形体或管子的外直径与环形体厚度的比大于1，最好大于5)。这使得可以制作周期较短(例如，小于5km，小于2km则更好，但最好是小于1 km)的色散受控光纤。在熔融或熔凝之前的清洁工艺有助于除去小块/纤芯棒组合件中(尤其在抛光区中)诸表面之间的污染物。另外，这些套管式部分上的任何污染物都远离模式强度(mode intensity)较高的纤芯中心。另一个优点是，可以用此工艺制作较大的纤芯茎。还有，可以用水射流切割或CO2激光器切割之类的无污染工艺切割套管。此方法的一个缺点是，设计不能完全随意。交替部分最好在纤芯的中心部分具有明显的分布重叠。但此限定并不非常严格，因为上述概念的变化可以用来产生各种分布曲线。
例如，在另一实施例中，组装玻璃小块81和82，以便制成具有明显不同色散的交替部分，其中小块81和82的折射率分布曲线分别类似于图21和图22所示的分布曲线。在该情况下，中央连续茎仍然具有Δ大约为0.5％的阶跃型分布曲线。与上述一样，小块81具有图21所示的分布曲线132，Δ大约为0.5％，由此产生一光纤，其阶跃折射率纤芯的直径大约为8微米，并且在1300纳米窗口中具有零色散。小块82具有如图22所示的凹陷的折射率分布曲线131，它导致-W型分布曲线，色散零在1630纳米周围，并且色散斜率为0.0025ps/km.nm2。此简单的例子说明，此方法不仅能够获得正负色散极大分离的交替部分，而且还能够获得对1300-1620纳米范围中的宽工作波长范围有用的，尤其在1550纳米工作窗口(例如，1525-1565纳米)有用的低斜率。
还有一个实施例是组装折射率分布曲线分别类似于图23和图24所示分布曲线的玻璃小块81和82。在此实施例中，使用两个不同的三角形分层纤芯设计。环形小块81具有图23所示的折射率分布曲线136，这导致1300纳米的零色散波长，而图24用于较长的零色散波长设计(例如，1600纳米或较高)。此例说明了这种制造方法的灵活性，在该方法中中央纤芯是普通的，但环的位置、其Δ以及宽度对于交替部分来说是不同的。此例还说明了另一方面的揭示，即可以根据工艺要求设置内纤芯茎和套管之间的界面。例如，可以在如图23和图24所示的石英壕区中进行分离，其中壕区位于掺二氧化锗的石英环形位置附近。为了处理方便(籽粒形成)以及加热老化的考虑，此灵活性是相当有用的。
本发明的另一种变化是组装环形部分81，如图25和图26所示，该环形部分81具有轴向凹槽140，凹槽140成锯齿状地定位在环形小块81之内周表面。用切块锯子或通过无污染CO2激光器切割，可以制作锯齿状突起。另一种方法是，在中央连续纤芯茎中制作凹槽。由于这些存在这些空隙，所以最好在特殊的条件下进行熔凝和光纤拉丝。例如，应该在足够低的温度下拉丝，以便空隙不会在拉丝期间塌缩。与没有空隙的部分相比，具有空隙的部分的色散值将明显不同。通过使这些锯齿状突起的截面非常窄短，并且移动小块的长度，也应该可以在拉丝时不使空隙塌缩。这可以使得色散受控光纤的周期相当短，如需要，可以在几米的数量级。另外，通过在方位角方向设计空隙/锯齿状突起，可以将其它感兴趣的性质(例如偏振控制)与这些光纤中的色散控制结合起来。
当然，不必按上述完全相同的顺序进行上述实施例中所描述的所有工艺步骤。例如，在上述实施例中，将圆柱形小块81和82插入玻璃管90中，但如果需要，可以在小块81和82插入管子90之前，将包层玻璃颗粒和微粉体的层91沉积在管子90上。同样，然后将涂层91增大到任何足够大的外直径，以便在熔凝和光纤拉丝后产生具有所需光纤特性的光纤。在此实施例中，最好在把小块81和82放到管子90内之前熔凝管子和微粉体组合件，在该情况下，例如可以通过使用上述清洁和熔凝技术清洁和熔凝微粉体层91和管子90。另一种方法是，在熔凝所得的组合件之前将小块81和82插入管子90中。最好，如上所述，封闭管子90的一端，并对管子90的另一端抽真空。此实施例产生一个壁较厚的石英管子，小块81和82放在该管子内。当然，不是从壁相对较薄的管子开始，然后将微粉体沉积在上面，而是在需要的情况下使用石英壁较厚的管子，并且完全避免了微粉体沉积的步骤。
在熔凝步骤或使小块81和82与管子90熔合的步骤之前，最好也对所得的组合件进行上述清洁操作。
在另一个实施例中，如上所述，同样将小块81和82放在石英管子90中。但是，在沉积微粉体层91之前，对管子90中的小块重新拉丝。这可以通过以下方式完成，例如，将包括管子90以及小块81和82的组合件放在足以使管子90中小块81和82熔凝和熔融成单体无籽粒预制棒的温度下，然后将所得的先驱物或预制棒拉丝成薄一些的直径。然后，如果需要，可以用微粉体对所得的经熔凝的预制棒进行外包覆，以便将所得预制棒拉丝成光纤之前获得任何特殊需要的附加玻璃。
制作DM光纤
用纤芯预制棒制作色散受控光纤，其中纤芯预制棒能够形成具有不同零色散波长的单模光纤。通过改变诸如几何形状、折射率、折射率分布曲线或成份等各种波导参数，可以改变一段波导的色散。许多折射率分布曲线中任何一些都能为调节波导色散并由此改变总色散而提供所需的适应性。授予Bhagavatula的美国专利第4,715,679号以及美国专利申请第08/323,795号、第08/287,262号和第08/378,780号对这些作了详细的讨论，这些专利和专利申请的说明内容全部通过引用包括在此。
有一种类型的折射率分布曲线对制作在预定波长处具有零色散的光纤非常有用，该折射率分布曲线具有折射率相对较高的中心区，周围包裹着折射率凹陷的环形区，周围再包裹着一外部环形区，外部环形区的折射率大于折射率凹陷区域的折射率(参见图12)。另一实施例的折射率分布曲线(参见图13)包括折射率基本上不变的中心部分，其折射率基本上等于包层玻璃的折射率，并且还包括一个相邻的环形区，其折射率较大。具有此种类型折射率分布曲线的光纤很容易制造。
一种简单的DM光纤折射率分布曲线是阶跃型折射率分布曲线。用相同的纤芯和包层材料制成两个纤芯预制棒，其中一个纤芯区的半径大于另一个纤芯区的半径。将被拉丝坯棒拉丝成一光纤，该光纤包括具有第一纤芯半径的小段和具有第二纤芯半径的小段，具有第一纤芯半径的小段散布在具有第二纤芯半径的小段之间，并且第二纤芯半径大于第一半径。纤芯直径差大约为5％至25％，此直径差足以产生所需的从正到负的色散变化。一般，对于大多数应用来说，5％至10％的纤芯半径范围足够了。
下述例子描述了制作一种适于在1545-1555纳米处提供零色散的单模DM光纤。用类似于美国专利第4,486,212号揭示的方法制作两根不同的纤芯预制棒，其中所述专利的内容通过引用包括在此。概括地说，上述专利的方法包括以下步骤(a)将玻璃颗粒沉积在心轴上，形成一多孔的玻璃预制棒，(b)去除心轴并熔凝多孔预制棒，形成一干燥的且经烧结的预制棒，(c)伸长经烧结的预制棒并闭合其中的轴向孔径。纤芯预制棒包括由纤芯玻璃构成的中心区，周围包裹着由包层玻璃构成的薄层。两个纤芯预制棒的折射率分布曲线都是图12所示的类型。第一纤芯预制棒是这样的，即如果给其提供包层，并且将其拉丝成具有125微米0D的单模光纤，那么它将在1520纳米处呈现零色散。第二根预制棒是这样的，即如果用类似方法将其制成具有125微米OD的单模光纤，那么它的零色散波长会在1570纳米。将两个纤芯预制棒伸长成7毫米和7.1毫米直径。对第一和第二经伸长的预制棒刻痕并折断，形成长度基本上相等的小块81和82。小块81具有纤芯区83和包层区84；小块82具有纤芯区85和包层区86。
使用一米长的石英管90；其内直径(ID)为7.5毫米，外直径为9毫米。用结合图7所描述的技术将小块81和82装入管子90中。使涂层91增大到足够的外直径，致使可以将所得的预制棒熔凝和拉丝成外直径为125微米的单模光纤。
将所得的组合件94悬挂在熔凝炉中。当以1rpm的速度旋转组合件94时，以每分钟5毫米的速度将组合件94向下移入熔凝马弗炉95中。使包含50sccm氯气和40slpm氦气的混合气体向上(箭头93)流过马弗炉。使包含0.3slpm氯气的中心线流向下流过小块81和82的周围，并且从管子90的底部排出。熔凝炉中的最高温度大约为1450℃。当组合件94向下移入马弗炉时，中心线氯气流用化学方式清洁小块81和82的表面，以及管子90的内表面。当组合件94进一步向马弗炉内移动时，管子90中低于小块的区域被熔合，并且截断中心线氯气流。然后，切换阀门(未图示)，将管子90内抽真空。组合件94继续向马弗炉内移动，并且将涂层91烧结。管子90被迫向内挤压小块81和82，并且所有玻璃元件的接触面都熔融。当微粉体91被烧结时，管子90变短，并且在相邻的小块之间形成无籽粒的熔融接头。
在从熔凝炉中取出之后，对用此工艺制成的拉丝坯棒拉丝，形成外直径为125微米的DM光纤。已经拉丝获得了用此工艺制成的单模DM光纤，没有失常；衰减一般为0.21dB/km或更小。如果对7毫米直径的纤芯茎外包覆，制成预制棒，然后由该预制棒拉丝得到一单模色散位移的光纤，那么该光纤也具有上述相同的衰减。
在光纤制造工艺中使用两种不同类型的小块，这种组合提供了1545-1555纳米的零色散波长。该零色散波长是由光纤中每种纤芯的总长度决定的。通过在光纤的一端截掉一部分，由此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。
振荡的子长度和周期由纤芯预制棒小块的长度来控制。已经拉丝获得了振荡子长度为1.2至2.5km的光纤。
其它光纤类型
结合DM单模光纤的制造具体描述了本发明的方法，并且在前述的具体例子中叙述了一种制造这类光纤的方法。但是，该方法可用来制造许多其它类型的光纤，其光学性质沿光纤长度系统地变化。在每一种情况下，都可以如上所述通过将合适的小块插入管子并且处理管子来制造光纤。
提供一种光纤，其中的交替小段呈现明显不同的Δ值，这样可以使自发布里渊散射(SBS)最小，这里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小块类型有一种呈现一给定的Δ，而另一种类型的小块呈现明显不同的Δ值。纤芯的Δ值可以通过控制纤芯中掺杂物的量或者通过改变纤芯的成份(即，通过对纤芯增加其它掺杂物)来控制。可以用包含钽、铝、硼等氧化物的许多掺杂物来改变折射率或诸如粘度等其它性质。
可以用下述方法制作提供滤波功能的光纤，即交替地在管子中放置两种类型的多个小块，一种小块能够形成具有滤波功能的光纤，另一种小块能够形成标准的、非滤波的光纤。
小块不需要等长或接近等长。例如，一根光纤可以包括相对较短的部分，这些部分的纤芯掺有活性掺杂离子，当用合适波长的光泵激时，这些离子能够产生光的受激发射。诸如铒等稀土掺杂离子特别适于此目的。因此，通过使用相对较长的、具有标准无铒纤芯的小块和相对较短的具有掺铒纤芯的小块，可以制成这样的光纤，其掺铒纤芯部分沿其长度相隔离地分布。
通过向管子中插入多个小块，每个小块的纤芯直径都小于前一小块的纤芯直径，或者每个小块的纤芯直径都大于前一小块的纤芯直径，可以制造这样的光纤，其纤芯大小系统地缩小，就象孤立子光纤中使用的那样。另一种方法是，可以改变小块中一些其它的影响色散的纤芯特性，致使所得光纤的色散单调地从光纤一端向另一端减小。
上述例子使用交替放置的小块，小块具有不同的光纤性质。在一个实施例中，用单根纤芯预制棒制作所有小块。如此制作单根预制棒，使得其纤芯具有在方位角上不对称的折射率分布曲线。例如，可以略微使纤芯偏离圆形，即纤芯的横截面形状是具有长轴和短轴的椭圆形(参见美国专利第5,149,349号)。另一种方法是，如美国专利第5,152,818号所揭示的，光纤在纤芯的两侧包含应力棒。椭圆形纤芯光纤可以如下制作。从预制棒上切下小块。给包层玻璃管提供一层包层玻璃微粉体涂层。将小块插入包层玻璃管中，致使小块之椭圆形纤芯的长轴相对于相邻小块之纤芯的长轴旋转。在使包层微粉体熔凝，小块与管子熔合，并且小块彼此熔合之后，将所得的拉丝坯棒拉丝成偏振模色散较小的光纤。
用本发明的方法，构造了使用正负色散部分交替的色散受控光纤，这种光纤适于诸如波分复用(WDM)系统等电信应用，在这种情况下，本发明可以用来将累积的色散基本上减少到零。同样，已经构造了具有交替的正斜率和负斜率色散区的光纤。
使用这里的方法，制造了损耗较低的色散受控光纤。损耗较低是指在大约1550纳米的工作波长范围内，光纤的衰减小于0.5dB/km，能小于0.25dB/km则更好，但最好小于0.22dB/km。
另外，依照本发明的较佳光纤是工作范围(即，源波长范围)在大约1300至1700纳米之间的单模光纤，并且工作范围在大约1500纳米至大约1580纳米之间则更好，并且最好在大约1525纳米至1565纳米之间。这些光纤在具有不同光学特性的相邻区域之间的界面上没有衰减。
1997年4月23日提交的美国专利申请第08/844,997号；和1996年1月11是提交的美国专利申请第08/423,656号进一步揭示了这类光纤及其制作方法，这些专利申请的说明内容通过引用包括在此。
尽管为说明之目的详细描述了本发明，但应该理解，这种详细描述仅针对此目的，并且本领域的熟练技术人员不脱离后附权利要求书所限定的本发明的精神和范围，可以进行变化。
例如，尽管在图7中，所说明的方法在管子90的外侧使用微粉体层，但该微粉体层是可选择的，并且可以使用此方法的几种变化。例如，在一个例子中，将包含管子90以及小块81和82(但没有微粉体层91)的组合件熔融在一起，并且重新拉丝成一熔融的单体组合件，该组合件的直径薄于管子90。然后，按需要，用更多的、掺杂的或不掺杂的玻璃微粉体涂覆此重新拉丝的组合件。另一种方法是，如果需要，可以直接将此熔融的单体组合件拉丝成光纤。在任何一种情况下，在熔融步骤期间，最好对管子90抽真空。

Claims (47)

1．一种光纤预制棒的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
沿玻璃支撑件或在玻璃支撑件内布置交替的玻璃区，以便按相互间所需的关系保持交替的玻璃区，在大于1480纳米的波长处，一个所述交替区的局部色散为负，而所述交替区之相邻区的局部色散为正；并且
用以下方式将所述玻璃管和所述玻璃区熔融在一起，即将所述支撑件和所述玻璃区加热到足以使玻璃管和玻璃区熔融在一起并且熔凝成一预制棒。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔融步骤包括对所述支撑件和所述玻璃区抽真空。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述布置步骤之前，还包括下述步骤，即用一种方法制成所述交替的玻璃区，所述方法包括对玻璃微粉体进行化学汽相沉积。
4．如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述布置步骤之前，还包括下述步骤，即将所述微粉体加热到足以使所述微粉体熔凝成玻璃的温度。
5．如权利要求4所述的方法，其特征在于，用一种方法制成所述布置步骤中的所述玻璃区，所述方法包括在将所述微粉体熔凝成玻璃之后，将所述交替区锯成所需的长度。
6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述布置步骤包括将玻璃小块布置在一玻璃管内。
7．如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述熔融步骤包括对所述管子抽真空。
8．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述布置步骤包括沿一玻璃棒组装多个小块，其中所述小块包围所述棒的至少一些部分。
9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述小块是环形玻璃小块。
10．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述熔凝步骤之前，还包括下述步骤，即将一层包层玻璃颗粒涂层沉积在所述玻璃管的外表面上。
11．如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述布置所述交替玻璃区的步骤包括将一根棒定位在所述管子内，并且组装至少包围所述棒之一些部分的多个小块。
12．如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述棒沿其长度的至少一部分包括成份基本上连续的玻璃，所述长度部分至少与所述两个小块一样长。
13．如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述棒包括一纤芯玻璃。
14．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述熔凝步骤之后，还包括下述步骤，即将一层包层玻璃颗粒涂层沉积在包层玻璃管的外表面上。
15．一种光纤预制棒的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
在一玻璃管内布置交替的玻璃区，一个所述交替区的色散具有负斜率，并且所述交替区之相邻区的色散具有正斜率；并且
用以下方式将玻璃管和所述玻璃区熔融在一起，即将所述玻璃管和所述玻璃区加热到足以使玻璃管和玻璃区熔融在一起并且熔凝成一预制棒，供制作光纤用。
16．如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述布置交替区的步骤中，所述交替区中的一个包括折射率较高的中央纤芯区，其折射率为n1，接着是折射率较低的壕区，其折射率为n2，n2小于n1，还包括一包层区，它们于所述纤芯区的外面。
17．如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述壕区的折射率小于纯SiO2。
18．如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述布置步骤之前，还包括下述步骤，即用一种方法制成所述交替的玻璃区，所述方法包括对玻璃微粉体进行化学汽相沉积。
19．如权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述布置步骤之前，还包括下述步骤，即将所述微粉体加热到足以使所述微粉体熔凝成玻璃的温度。
20．如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述布置步骤包括将玻璃小块布置在一玻璃管内。
21．如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述布置步骤包括沿一玻璃棒组装多个小块，其中所述小块包围所述棒的至少一些部分。
22．如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述小块是环形玻璃小块。
23．如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述熔凝步骤之前，还包括下述步骤，即将一层包层玻璃颗粒涂层沉积在所述玻璃管的外表面上。
24．如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述布置交替玻璃区的步骤包括将一根棒定位在所述管子内，并且组装至少包围所述棒之一些部分的多个小块。
25．如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述棒沿其长度的至少一部分包括成份基本上连续的玻璃，所述长度部分至少与所述两个小块一样长。
26．如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述棒包括一纤芯玻璃。
27．如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述熔凝步骤之后，还包括下述步骤，即将一层包层玻璃颗粒涂层沉积在包层玻璃管的外表面上。
28．一种光纤制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
制作多个具有不同光学特性的玻璃小块，所述小块通过一制作工艺制作，所述制作工艺包括微粉体的化学汽相沉积和微粉体的熔凝；
沿一玻璃小块对准装置或在其中布置多个所述玻璃小块，在所述包层玻璃管中至少有一个所述小块的至少一个光学特性不同于相邻小块的光学特性；
将所得的小块组合件加热到足以使所述小块熔融成一预制棒或预制棒先驱物；以及
由所述预制棒或预制棒先驱物制作光纤，所述光纤由多个纵向部分组成，每个部分对应于一个所述小块。
29．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述玻璃对准装置是玻璃的。
30．如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述玻璃对准装置通过一制作工艺制作，所述制作工艺包括微粉体的化学汽相沉积和微粉体的熔凝。
31．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述包层玻璃管中每个所述小块的纤芯区与每个剩余所述小块的纤芯区不同。
32．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述小块的光学特性使得当从所述光纤的一端向另一端分析所述光纤的每个部分时，所述光纤每个部分的色散都小于相邻部分的色散。
33．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述小块的光学特征使得所述光纤每个部分的Δ值不同于光纤相邻部分的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。
34．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述小块的光学特性使得所述光纤片段中至少第一部分传播一给定波长的光，并且与所述第一光纤片段相邻的光纤中至少有一部分过滤所述给定波长的光。
35．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述小块的光学特性使得与所述第一组多个小块对应的那些光纤片段在给定的光波长处呈现给定的色散，并且与所述第二组多个小块对应的那些光纤片段在所述给定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一个位于所述给定色散和所述第二色散之间的值。
36．如权利要求28所述的方法，其特征在于，每个光纤片段的纤芯呈现一个在方位角上非对称的折射率分布曲线，该分布曲线具有最大折射率的轴。所述第一光纤片段的最大折射率的轴不对准所述至少一个相邻光纤片段的最大折射率的轴。
37．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一光纤片段的纤芯和所述至少相邻光纤片段的纤芯是椭圆形的，所述第一光纤片段之椭圆纤芯的长轴不对准所述至少一个相邻光纤片段之椭圆纤芯的长轴。
38．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一光纤片段之纤芯的折射率分布曲线不同于所述相邻光纤片段之纤芯的折射率分布曲线。
39．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一光纤片段的纤芯成份不同于所述相邻光纤片段的纤芯成份。
40．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一光纤片段的纤芯包括一种能够放大光的掺杂物，并且所述相邻光纤片段的纤芯不含所述掺杂物。
41．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述光纤片段的光学特性使得当从所述单体光纤的一端向另一端分析所述光纤片段时，每个所述片段的色散小于相邻光纤片段的色散。
42．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一光纤片段对一给定波长的光滤光，并且所述相邻的片段传播所述给定波长的光。
43．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述第一光纤片段在一给定的光波长处呈现一给定的色散，并且所述相邻光纤片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一个位于所述给定色散和所述第二色散之间的值。
44．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述单体光纤的衰减小于0.25dB/km。
45．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述单体光纤的衰减小于0.22dB/km。
46．如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述小块沿小块的长度方向至少包括一个轴向凹槽。
47．如权利要求46所述的方法，其特征在于，所述小块包括不止一个轴向凹槽，并且所述轴向凹槽绕所述小块的中心线对称布置。
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