專利名稱：徑向不均勻且方位角向不對稱的光纖的制作方法
背景技術：
本發明基于1998年9月9日提交的美國臨時申請60/099,535。我們要求該申請的優先權日。
本發明涉及一種光纖以及一種光纖制造方法，所述光纖的折射率分布曲線沿徑向和方位角兩個方向變化。沿方位角變化所賦予的附加適應性提供了這樣的折射率分布曲線設計，即與折射率只沿徑向坐標方向變化的情況相比，這些設計可以滿足更多的波導纖維性能要求。
近期開發的折射率分布沿徑向變化的波導纖維已徑顯示出，通過調節此分布曲線可以優化波導特性。例如用一種比簡單的階躍方式更一般的方式來改變折射率分布曲線，這種改變允許在不犧牲一組基礎特性(衰減、強度或抗彎曲性)的情況下選擇一個或多個波導特性的值。
另外，某些方位角不對稱的纖芯折射率分布(諸如那些具有橢圓形、三角形或正方形纖芯幾何形狀的分布)已經顯示出，它們能夠提供有用的波導性能，諸如保持或混合偏振模式。
因此，期望沿方位角和徑向兩個方向變化的纖芯折射率分布曲線能夠提供機會制造適于在電信、信號處理或傳感器系統中使用的、具有新的或經改進性能的波導。
在授予Marcuse的美國專利3,909,110(簡稱′110專利)中，描述了一種多模波導，其纖芯相對方位角不對稱。′110專利中的計算表明，折射率沿徑向和方位角兩個方向的周期性變化會產生模式耦合，從而增大帶寬、同時限制因與徑向模式耦合而產生的損耗。此概念并不推廣至單模波導。另外，′110專利的范圍也僅局限正弦的方位角變化。
在描述目前的方位角和徑向不對稱的纖芯時，引入了纖芯扇區的概念。一個纖芯扇區只是纖芯的一部分，它由形成波導中環形區的第一和第二半徑點的軌跡所限定。兩個半徑彼此不同，并且小于或等于纖芯半徑。扇區的剩余邊界是彼此成一角度的兩個平面，每個平面都包含波導纖維的中心線。折射率沿扇區內一直線的變化是指，該直線上至少有兩個點的折射率不同。
定義以下定義符合本領域的常規用法。
-分層纖芯是一種在預選半徑分層上具有特定折射率的纖芯。一個特定分層具有第一折射率點和最后折射率點。從波導中心線到第一折射率點位置的半徑是纖芯區或纖芯分層的內半徑。同樣，從波導中心線到最后折射率點位置的半徑是纖芯分層的外半徑。
-相對折射率Δ，它由下式定義Δ=(n12-n22)/2n12，其中，n1是折射率分層1的最大折射率，而n2是參考折射率，在本申請中，它是包層的最小折射率。本領域使用術語“Δ％”，它是100×Δ。
-術語“折射率分布曲線”是指，在纖芯一選定部分上Δ％或折射率與半徑之間的關系。術語“α分布曲線”是指，滿足以下等式的折射率分布曲線n(r)=n0(1-Δ[r/a]α)，其中r是纖芯半徑，Δ的定義如上，a是分布曲線的最后一點，r在分布曲線的第一點處選擇為零，并且α是限定分布曲線形狀的指數。其它折射率分布曲線包括階躍型折射率、梯形折射率和帶圓角的階躍型折射率，其中帶圓角一般是由于摻雜物在折射率快速變化的區域內擴散而造成的。

發明內容
在本發明的第一方面，單模波導的纖芯至少具有一個扇區。扇區內至少一點的折射率與扇區外至少一點的折射率不同。當扇區正好是半個纖芯時，可以任意選擇構成扇區內一點的部分，而不失去分布曲線定義的準確性。纖芯折射率分布曲線沿一個半徑的至少一部分變化，產生徑向不對稱。在一個預選的半徑上，扇區內的纖芯折射率與扇區外的纖芯折射率不同，從而提供了方位角不對稱。
在一個實施例中，整個纖芯是圓柱形對稱的，因此便于用柱面坐標的半徑r、方位角φ和中心線高度z來描述。折射率發生變化的預選半徑部分Δr在0＜Δr≤r0的范圍內，其中r0是纖芯半徑。至少對于兩個不同方位角折射率為不同的預選半徑在此同一范圍內。
在另一實施例中，預選半徑部分是分層Δr=r2-r1，其中0≤r1＜r2，而r2＜r0。
在另一個實施例中，折射率沿一扇區內的任何或所有半徑變化，并且所述扇區的夾角φ大于零度，但小于或等于180°。
在另一實施例中，半徑部分在0＜Δr≤r0的范圍內，并且方位角φ和高度z具有任何值，只要坐標點(r,φ,z)在纖芯區內。
在本發明的另一些實施例中，規定了扇區的數目和扇區的角度尺寸和半徑大小，并且規定了半徑r和相對折射率Δ％之間的函數關系。函數關系的例子是α分布曲線、階躍型和帶圓角的階躍型折射率分布曲線，以及梯形分布曲線。
在本發明的又一些實施例中，波導具有一分層纖芯和規定數目的扇區，在扇區的一些區域中嵌入了具有特定大小和形狀的玻璃體。以下描述了具有三個和四個扇區的且具有特定纖芯結構和嵌入部分的實施例。在一些實施例中，嵌入部分本身具有分層的折射率結構。
一般地說，本發明第一方面的實施例可以是單模或多模波導纖維。
本發明的第二方面是一種制造方位角和徑向不對稱的波導纖維的方法。該方法可以用來制造單模或多模波導纖維。
本發明的一個實施例包括以下步驟改變拉絲預制棒的形狀，然后將預制棒拉絲成一根具有圓形截面的波導纖維。這樣，預制棒的形狀便轉移給了預制棒內所包含的圓柱形對稱特征，具體地說轉移給了纖芯的圓柱形對稱特征。拉絲預制棒的形狀可以用諸如蝕刻、鋸、鉆孔或磨等方法中的任何一種方法來改變。
在該方法的一個實施例中，通過在預制棒中形成孔或表面缺口來改變預制棒。改變后的預制棒經后續拉絲，成為具有圓形截面的波導纖維，使得圓形對稱的纖芯變得徑向或方位角不對稱。
附圖概述

圖1A是一截面圖，示出了本發明具有中心纖芯設計的波導或預制棒的一個實施例。
圖1B是通過圖1A的1B截面取得的折射率分布曲線。
圖1C是通過圖1A的1C截面取得的折射率分布曲線。
圖1D是一截面圖，示出了本發明具有中心纖芯設計的波導或預制棒的一個實施例。
圖1E是通過圖1D的1E截面取得的折射率分布曲線。
圖1F是通過圖1D的1F截面取得的折射率分布曲線。
圖1G是一截面圖，示出了本發明具有嵌入纖芯設計的波導或預制棒的一個實施例。
圖2A是一截面圖，示出了具有嵌入纖芯設計的波導或預制棒的一個實施例。
圖2B是通過圖2A的2B截面取得的折射率分布曲線。
圖2C是一截面圖，示出了具有嵌入纖芯設計的波導或預制棒的一個實施例。
圖2D是通過圖2C的2D截面取得的折射率分布曲線。
圖2E是一截面圖，示出了具有嵌入纖芯設計的波導或預制棒的一個實施例。
圖2F是一截面圖，示出了具有嵌入纖芯設計的波導或預制棒的一個實施例。
圖3是一截面圖，示出了含孔的新型波導或預制棒。
圖4A和4B以及4C和4D是截面圖，示出了拉絲后預制棒外形傳遞給纖芯。
圖5A和5B是截面圖，示出了預制棒的孔對纖芯形狀的影響。
圖6A和6B以及7A和7B示出了預制棒纖芯和管組件的截面圖，以及對組件拉絲后得到的波導。
圖8A和8B是截面圖，示出了開槽的分層纖芯預制棒，以及拉絲后得到的波導。
本發明的詳細描述缺口4使得圖1A的纖芯2是方位角不對稱的。在此圖示的新型預制棒或波導纖維中，缺口的材料與包層6的材料相同。圖1B和圖1C分別示出了通過纖芯的垂直截面，并且給出了階躍型折射率分布曲線寬度的方位角變化。此特定的分布曲線是徑向對稱的。
圖1D的預制棒或波導纖芯在徑向和方位角上都是不對稱的。在此圖示的新型波導或預制棒中，纖芯被分成四個扇區。如通過纖芯取得的扇區1F和1E所示，兩個對角扇區8和10相互是對方的反射鏡像。在圖1E中，標號16表示1E扇區對徑向依賴關系，它是帶圓角階躍型分布曲線或α分布曲線。在圖1F中，1F扇區的分布曲線18是階躍型折射率分布曲線。包層部分12和14可以包括折射率小于相鄰纖芯區的任何材料。也就是說，包層的組成成份一般只受纖芯包層結構導波情況而不是輻射光進入波導的情況限制。
圖1G是依照新型預制棒和波導的一例較復雜的結構。在此圖示的波導中，纖芯或纖芯預制棒20包括一分層纖芯，該纖芯具有中心區22和相鄰的環形區28、24和26。每個區都用相應的相對折射率Δ％、折射率分布曲線和由半徑32、34、36、38和40所確定的區域來表征。例如，中心區22和環形區24各自包括相應的摻鍺石英玻璃，而環形區28和26包含石英，各區的相對尺寸參見附圖。嵌入的玻璃體30將不對稱引入纖芯預制棒，玻璃體30的折射率一般與其所接觸的環形分層24或26不同。
玻璃體30可以下述方式形成，例如先鋸或研磨，然后用諸如沉積等方式用玻璃填充到容器中。各分層22、28、24、26和30的相對折射率及其尺寸將決定纖芯20所能運載的光能分布。光能在纖芯預制棒或纖芯20上分布決定了波導的功能特性。
在新型預制棒或波導的另一個實施例中，如圖2A所示，纖芯由基質玻璃50構成，而基質玻璃50具有嵌入玻璃體42、44和48。玻璃體在預制棒或由預制棒拉絲得到的波導中從頭到尾延伸。玻璃包層52包裹著纖芯50。纖芯玻璃50的折射率大于包層52的折射率。圖2B示出了通過一個嵌入體的截面2B，它具有階躍型折射率分布曲線。嵌入玻璃體42、44和48之截面積的大小可以相同或不同，并且相對玻璃包層可以有許多相對取向。
圖2A的結構通過下述方法制成，即對預制棒鉆孔，使所得孔的壁光滑，并將玻璃粉或棒填入孔中。另一種方法是，用許多棒構成纖芯，然后將棒插入保持管中，可以使用或不使用隔離玻璃棒或玻璃粒子。如果用適當的玻璃隔離材料將這些棒結合在一起，那么就不需要保持管。可以將外包層沉積在結合組件上，或者將其制作成一根管子，在拉絲之前或期間將管子塌縮在組件上。
圖2C示出了另一個實施例，它包括基質玻璃和多個嵌入玻璃體。這里，波導54的總體結構類似于圖2A的結構，除了每個嵌入玻璃體56、58和60都有一個分層纖芯的折射率分布曲線。圖2D例示了一個分層纖芯分布曲線，它是通過一個嵌入體的截面，其中中心區具有相對較高的Δ％，外面包裹著兩個環形區62和64。在該圖中，第一環62的Δ％小于第二環64。可以理解，每個分層都有一個從多種可能性中選出的徑向依賴關系，諸如α分布曲線或帶圓角的階躍型分布曲線，并且可以調節各分層的相對Δ％，以提供不同的波導功能特性。
圖2C所示預制棒或波導的制造方法實質上與圖2A所示預制棒或波導的制造方法相同。
圖2E和圖2F示出了這種預制棒或波導類型的另外兩個實施例。圖2E中的嵌入玻璃體66、68和70具有矩形的截面，并且大體上安排在等邊三角形的頂角。還嘗試了嵌入玻璃體的其它布置，諸如沿纖芯區的直徑安排。纖芯區72可以包括許多種形狀和組成萬分。在圖2E所示的簡單例子中，纖芯玻璃72是階躍型折射率分布曲線，并且按導光需要，其折射率至少大于包層74的一部分。
在圖2F中，示出了一種包含五個嵌入玻璃體的結構。這里，四個具有菱形截面的玻璃體76、78、80和82關于圓形中心纖芯區84作對稱布置。很明顯，此設計可以有許多種變化。例如，嵌入體76、78、80、82和84的折射率都可以具有與纖芯86不同的相對折射率。
如圖3所示，預制棒或波導中的嵌入體88可以是孔。沿長軸具有細長孔的波導可以通過形成細長孔來制造，例如通過纖芯或拉絲預制棒中鉆孔或蝕刻來形成。纖芯玻璃90的折射率必須不同于孔的折射率，由此提供不對稱的纖芯區。在圖3所示的拉絲預制棒中，可以在拉絲工藝期間使孔塌縮，以產生不對稱的纖芯。孔塌縮后纖芯區的形狀由纖芯材料90和包層材料92的相對粘度來決定。通過控制預制棒中正被拉絲的部分的溫度梯度，可以保持對玻璃相對粘度的的控制。相對粘度還取決于纖芯和包層玻璃的組成成份。
圖4A和圖4B示出了使圖4A中預制棒的形狀98從預制棒的包層部分94傳遞給圖4B中經預制棒98拉絲得到的波導100的纖芯部分102。當預制棒纖芯的最初對稱性與波導包層104的對稱性相同時，發生如圖4A和圖4B所示的傳遞。圖中顯示了圓柱形對稱，因為這是與目前預制棒制造和拉絲工藝最相容的對稱性。其它對稱性也是可以的，例如將預制棒的形狀部分傳遞給波導纖芯形狀，即波導的最終形狀偏離圓柱形對稱性。
圖4C示出了正方形分層纖芯預制棒的截面。在對預制棒加熱并將其拉絲成圓柱形波導后，圖4D中的分層纖芯106取正方形，因為纖芯材料發生粘性流，以適應包層的圓柱形表面。
用類似的方式，當把圖5A中具有纖芯110、包層112和細長孔108的預制棒拉絲成圓柱形波導時，它將產生不對稱纖芯。但是，在該情況下，預制棒是圓柱形的，并且纖芯材料會因拉絲期間填滿孔而發生移動。只要在將預制棒拉絲成波導時保持預制棒的形狀，纖芯必然會變形，即變得不對稱，以填滿孔。
舉例用外部汽相沉積工藝制造圖5A所示的預制棒類型。纖芯區110是摻鍺石英，而包層112是石英。通過鉆孔，然后用蝕刻溶液使孔壁光滑，在預制棒中形成孔108。將預制棒拉絲成一波導纖維，其零色散波長在1500nm的工作窗口中，即使波導發生色散位移。與具有方位角對稱纖芯且模場直徑在7μm至8μm范圍內的色散位移波導相比，該波導具有非常大的模場直徑10.4μm。
圖6A和圖6B示出了不對稱纖芯的制造方法。用幾種已知方法中的任何一種方法來制造分層纖芯預制棒114、116和118，所述已知方法包括外部汽相沉積法、軸向汽相沉積法、等離子沉積法或者改進的化學汽相沉積法。將纖芯預制棒插入管子122中，在管子122中，用隔離棒120將預制棒保持在適當的位置。隔離棒可以由石英、摻雜石英等制成。如果需要，可以將包層124沉積在管子上。現在，可以將預制棒組件拉絲成一波導纖維，如圖6B所示，其纖芯130、132和134嵌在纖芯玻璃128中，并被玻璃包層126包裹著。可以直接對圖6A所示的組件進行拉絲。另一種方法是，在拉絲之前，將沉積的包層熔凝。另外，在沉積包層之前，可以對管子、纖芯預制棒和隔離棒組件充分加熱，使其表面軟化，造成彼此間粘在一起，從而形成更穩定的結構，以便于在外包層或拉絲工藝中使用。
圖7A和圖7B所示的不對稱纖芯的制造方法與圖6A和圖6B所示的方法密切相關。在圖7A中，纖芯被環136約束著，環136可以使光更好地在階躍型折射率纖芯預制棒138、140和142內傳播。如上所述，可以用隔離棒或玻璃粉來穩定纖芯預制棒在環內的相對位置。可以直接對纖芯預制棒、可選擇的隔離材料、環和外包層材料的組件拉絲，或者先將組件熔凝，然后拉絲。圖7B示出了所得到的波導纖維。
圖8A和8B示出了最后一例不對稱纖芯的制造方法。在圖8A中，預制棒的分層纖芯具有中心區144、第一環形區146和第二環形區148 。預制棒經過研磨和鋸開等工藝，形成槽152。這些槽可以是空的，或者填滿材料150，材料150不同于包層154的組成成份。對預制棒組件拉絲，形成一波導，它具有如圖8B所示的不對稱纖芯。這里，同樣可以直接將組件拉絲，或者在拉絲之前進行沉積、熔凝或定位步驟，以使預制棒中的各部件保持適當的相對定位。
盡管在此揭示和描述本發明的特定實施例，但本發明僅由后附的權利要求書來限定。
權利要求
1．一種單模光纖，它具有徑向和方位角不對稱的纖芯，其特征在于，包括纖芯區，它與周圍的包層接觸，纖芯區中至少一部分的折射率大于包層中至少一部分的折射率；波導的中心線平行于波導的長度方向，并且波導至少有一個由第一和第二平面限定的纖芯扇區，并且第一和第二平面在外圍與纖芯區的一個分層相交，其中第一和第二平面都包含中心線并且在中心線處形成一夾角φ≤180°，纖芯折射率沿一預選半徑的至少一部分Δr變化，所述預選半徑部分垂直于中心線向外延伸；并且在所述至少一個纖芯扇區內的一預先半徑上至少有一點的纖芯折射率不同于所述至少一個纖芯扇區外的該預選半徑上至少一點的纖芯折射率值。
2．如權利要求1所述的單模波導，其特征在于，纖芯區是圓柱形，并且纖芯區中的點具有柱面坐標，即半徑r、方位角φ和中心線高度z，并且纖芯區的半徑為r=r0，并且預選半徑部分在0＜Δr≤r0的范圍內。
3．如權利要求2所述的單模波導，其特征在于，預選半徑部分是分層Δr=r2-r1，其中0≤r1＜r2，而r2＜r0。
4．如權利要求2或3所述的單模波導，其特征在于，預選半徑部分沿著至少一個扇區中的任何一個半徑，所述至少一個扇區的夾角為0＜φ≤180°。
5．如權利要求2所述的單模波導，其特征在于，預選半徑部分Δr在0＜Δr≤r0的范圍內，該半徑的方位角在0＜φ≤360°的范圍內，并且該半徑從中心線上的任何一點z畫出。
6．如權利要求2所述的單模波導，其特征在于，預選半徑部分是分層Δr=r2-r1，其中0≤r1＜r2，而r2≤r0，包含該分層的半徑方位角在0＜φ≤360°的范圍內，并且包含該分層半徑從中心線上的任何一點z畫出。
7．如權利要求2所述的單模波導，其特征在于，纖芯具有四個等體積的扇區，它們按逆時針方位角方向依次編號為1-4，每個扇區的邊界面都呈90°的夾角，并且扇區1和扇區3具有函數f(r)限定的折射率徑向變化，而扇區2和扇區4具有函數g(r)限定的折射率徑向變化。
8．如權利要求7所述的單模波導，其特征在于，g(r)是階躍型折射率，而f(r)是α分布曲線。
9．如權利要求2所述的單模波導，其特征在于，纖芯具有4個等體積的扇區，每個扇區的邊界面都呈90°的夾角，并且每個扇區的折射率分布曲線都具有一中心部分，其半徑為rc，相對折射率為Δc，并且在限定該扇區的平面之間延伸，第一環形區，它與中心部分接觸，它具有外半徑r1、相對折射率Δ1，并且在限定扇區的平面之間延伸，第二環形區，它與第一環形區接觸，它具有外半徑r2、相對折射率Δ2，并且在限定扇區的平面之間延伸，第三環形區，它與第二環形區接觸，它具有外半徑r3、相對折射率Δ3，并且在限定扇區的平面之間延伸，第一體積，它具有恒定的折射率，鑲嵌在第一扇區的纖芯中，并且限定該扇區的第一平面的一部分限定了其表面的第一部分，而第一、第二和第三環形區的一部分限定了其表面的第二部分，第二體積，它具有恒定的折射率，鑲嵌在第一扇區的纖芯中，并且限定該扇區的第二平面的一部分限定了其表面的第一部分，而第一、第二和第三環形區的一部分限定了其表面的第二部分，其中剩余的三個扇區都包含嵌入體，這些嵌入體表面的限定方式對應于第一扇區內嵌入的體積，其中各相對折射率和半徑滿足以下不等式0≤rc＜r1＜r2＜r3≤r0，并且Δc≥Δ2＞Δ1≥Δ3。
10．如權利要求2所述的單模波導，其特征在于，纖芯具有三個扇區，每個扇區都包括具有恒定折射率的第一玻璃體，第一玻璃體鑲嵌在具有恒定折射率的第二玻璃體中，其中第一玻璃的折射率大于第二玻璃的折射率。
11．如權利要求10所述的單模波導，其特征在于，每個第一玻璃體都是一細長體，其長軸平行于中心線，其中細長體的垂直截面選自以下形狀組成的組圓、橢圓和平行四邊形。
12．如權利要求2所述的單模波導，其特征在于，纖芯具有三個扇區，每個扇區都包括一細長的玻璃體，該玻璃體具有中心部分、第一環形部分和至少一個附加環形部分，其中第一環形部分包裹并接觸中心部分，而至少一個附加環形部分接觸并包裹環形部分，每個細長結構的長軸都平行于中心線。
13．如權利要求12所述的單模波導，其特征在于，中心部分是一圓柱體，其半徑為rc，折射率為Δc，環形部分是管子，其外半徑分別為ri，折射率為Δi，其中i=1…n,n是環形部分的數目，并且i為偶數時的Δi大于i為奇數時的Δi。
14．如權利要求2所述的單模波導，其特征在于，纖芯具有四個扇區，每個扇區都包括第一玻璃體，第一玻璃體的相對折射率為Δ1，并且嵌入每個扇區第一玻璃體中的是一個細長的、相對折射率為Δ2的第二玻璃體，其中各細長體相對中心線對稱布置。
15．一種用于制造徑向和方位角不對稱的單模或多模光纖的方法，其特征在于，包括以下步驟a)制造單模或多模光纖預制棒，所述預制棒具有長軸、纖芯和包層，其中預制棒垂直于長軸的任何截面都是圓形的；b)研磨、鋸掉或者去除預制棒的周邊部分，改變預制棒的表面，致使預制棒垂直于長軸的任何截面的形狀實質上與預制棒垂直于長軸的任何其它截面的形狀相同；c)對預制棒加熱，并沿其長軸將其拉絲成一波導纖維，該波導纖維具有纖芯、長軸，并且在長軸的任何一點上都具有垂直于長軸的圓形截面，從而提供了具有改變后預制棒之形狀的波導纖芯。
16．如權利要求15所述的方法，其特征在于，步驟b)包括下述步驟，即在預制棒表面形成一個或多個缺口。
17．如權利要求16所述的方法，其特征在于，制造步驟a)包括下述步驟，即制造一分層纖芯預制棒，該預制棒具有中心纖芯區和至少一個包裹并接觸中心纖芯區的環形部分，其中中心區的相對折射率不同于環形部分的相對折射率，并且至少有一個或多個缺口滲透到環形部分中。
18．一種用于制造徑向和方位角不對稱的單模或多模波導的方法，其特征在于，包括以下步驟a)制造一光纖預制棒，所述預制棒具有長軸、纖芯和包層，其中預制棒垂直于長軸的任何截面都是圓形的；b)在波導預制棒中鉆出、磨出或者制作出一個或多個延長軸延伸的孔；c)對預制棒加熱，并沿其長軸將其拉絲成一波導纖維，該波導纖維具有纖芯、長軸，并且在長軸的任何一點上都具有垂直于長軸的圓形截面，從而提供了徑向和方位角不對稱的波導纖芯。
19．一種用于制造徑向和方位角不對稱的單模或多模光纖的方法，其特征在于，包括以下步驟a)制造至少兩根光纖預制棒，每根預制棒都具有一長軸；b)將至少兩根纖芯預制棒插入由包層玻璃制成的管子中，形成一個具有長軸的纖芯預制棒-管子組件，其中在至少兩個纖芯預制棒的邊界之間和管子的內部形成填隙孔；c)對組件加熱，并沿其長軸將其拉絲成一波導纖維，該波導纖維具有纖芯、長軸，并且在長軸的任何一點上都具有垂直于長軸的圓形截面，從而提供了具有徑向和方位角不對稱纖芯的波導纖維。
20．如權利要求19所述的方法，其特征在于，在步驟c)之前還包括下述步驟，即將包層玻璃插入在至少兩個纖芯預制棒和管子之間形成的填隙孔內，其中所述包層玻璃的形狀選自由以下物質形成的組粒子、棒和微球體。
21．如權利要求19所述的方法，其特征在于，制造步驟a)包括下述步驟，即制造一分層纖芯預制棒，該預制棒包括中心纖芯區和至少一個包裹并接觸中心纖芯區的環形部分，其中中心區的相對折射率不同于環形部分的相對折射率。
22．一種多模光纖，它具有徑向和方位角不對稱的纖芯，其特征在于，包括纖芯區，它與周圍的包層接觸，纖芯區中至少一部分的折射率大于包層中至少一部分的折射率；波導的中心線平行于波導的長度方向，并且波導有四個纖芯扇區，每個扇區都由第一和第二平面限定，并且第一和第二平面在外圍與纖芯區的一個分層相交，其中第一和第二平面都包含中心線并且在中心線處形成一夾角φ≤180°，纖芯區為圓柱形，并且纖芯區上的一點具有柱面坐標，即半徑r，方位角φ以及中心線高度z，并且纖芯區的半徑為r=r0，并且折射率沿半徑部分Δr變化，而Δr在0＜Δr≤r0的范圍內，其中四個纖芯扇區體積相等，按逆時針方位角方向依次編號為1-4，并且每個扇區的邊界面都呈90°的夾角，并且扇區1和扇區3具有函數f(r)限定的折射率徑向變化，而扇區2和扇區4具有函數g(r)限定的折射率徑向變化。
23．如權利要求22所述的波導，其特征在于，g(r)是階躍型折射率，而f(r)是α分布曲線。
24．如權利要求22所述的波導，其特征在于，四個纖芯扇區具有相等的體積，每個扇區的邊界面都呈90°的夾角，每個扇區的折射率分布曲線都具有一中心部分，其半徑為rc，相對折射率為Δc，并且在限定該扇區的平面之間延伸，第一環形區，它與中心部分接觸，它具有外半徑r1、相對折射率Δ1，并且在限定扇區的平面之間延伸，第二環形區，它與第一環形區接觸，它具有外半徑r2、相對折射率Δ2，并且在限定扇區的平面之間延伸，第三環形區，它與第二環形區接觸，它具有外半徑r3、相對折射率Δ3，并且在限定扇區的平面之間延伸，第一體積，它具有恒定的折射率，鑲嵌在第一扇區的纖芯中，并且限定該扇區的第一平面的一部分限定了其表面的第一部分，而第一、第二和第三環形區的一部分限定了其表面的第二部分，第二體積，它具有恒定的折射率，鑲嵌在第一扇區的纖芯中，并且限定該扇區的第二平面的一部分限定了其表面的第一部分，而第一、第二和第三環形區的一部分限定了其表面的第二部分，其中剩余的三個扇區都包含嵌入體，這些嵌入體表面的限定方式對應于第一扇區內嵌入的體積，其中各相對折射率和半徑滿足以下不等式0≤rc＜r1＜r2＜r3≤r0，并且Δc≥Δ2＞Δ1≥Δ3。
25．如權利要求22所述的波導，其特征在于，四個纖芯扇區都包括第一玻璃體，第一玻璃體的相對折射率為Δ1，并且嵌入每個扇區第一玻璃體中的是一個細長的、相對折射率為Δ2的第二玻璃體，其中各細長體相對中心線對稱布置。
26．一種多模光纖，它具有徑向和方位角不對稱的纖芯，其特征在于，包括纖芯區，它與周圍的包層接觸，纖芯區中至少一部分的折射率大于包層中至少一部分的折射率；波導的中心線平行于波導的長度方向，并且波導有四個纖芯扇區，每個扇區都由第一和第二平面限定，并且第一和第二平面在外圍與纖芯區的一個分層相交，其中第一和第二平面都包含中心線并且在中心線處形成一夾角φ≤180°，其中纖芯區為圓柱形，并且纖芯區上的一點具有柱面坐標，即半徑r，方位角φ以及中心線高度z，并且纖芯區的半徑為r=r0，并且折射率沿半徑部分Δr變化，而Δr在0＜Δr≤r0的范圍內，其中纖芯具有三個扇區，每個扇區都包括具有恒定折射率的第一玻璃體，第一玻璃體鑲嵌在具有恒定折射率的第二玻璃體中，其中第一玻璃的折射率大于第二玻璃的折射率。
27．如權利要求26所述的波導，其特征在于，每個第一玻璃體都是一細長體，其長軸平行于中心線，其中細長體的垂直截面選自以下形狀組成的組圓、橢圓和平行四邊形。
28．如權利要求26所述的波導，其特征在于，三個纖芯扇區都包括一細長的玻璃體，該玻璃體具有中心部分、第一環形部分和至少一個附加環形部分，其中第一環形部分包裹并接觸中心部分，而至少一個附加環形部分接觸并包裹環形部分，每個細長結構的長軸都平行于中心線。
29．如權利要求28所述的波導，其特征在于，中心部分是一圓柱體，其半徑為rc，折射率為Δc，環形部分是管子，其外半徑分別為ri，折射率為Δi，其中i=1…n,n是環形部分的數目，并且i為偶數時的Δi大于i為奇數時的Δi。
全文摘要
揭示了一種單模波導纖維，和一種制造單模或多模波導纖維的方法，其中所述波導纖維具有方位角和徑向不對稱的纖芯。此不對稱性為形成具有特定性能的波導提供了附加的自由度。
文檔編號G02B6/02GK1317098SQ99810742
公開日2001年10月10日 申請日期1999年8月20日 優先權日1998年9月9日
發明者V·A·巴加萬吐拉, R·M·霍克 申請人:康寧股份有限公司