CN1984851A - 光波导材料及其制备方法和制备所用设备 - Google Patents

光波导材料及其制备方法和制备所用设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光增强型光学材料的制备。采用高速气体(20)将液体反应物(10)雾化成液滴(15)。随后将液滴(15)引入火焰(100)中。反应物(10，30)在火焰(100)中氧化和通过形成小颗粒(50)而冷凝。收集至少部分所述颗粒(50)并熔融形成光波导材料，所述光波导材料随后拉制形成光波导(750)。根据本发明，雾化气体(20)流的速度是声速的0.3－1.5倍。所述高速增强了雾化，并提高了在火焰(100)中的反应速度。停留时间下降到使所制备的颗粒(50)中不希望出现的相变基本降到最低的程度。结果制备了非常均匀的材料。尤其是在制备铒掺杂型氧化硅中，获得了低百分比的成簇铒离子。

Description

光波导材料及其制备方法和制备所用设备
本发明涉及光增强型光学材料的制备方法，所述方法包括至少通过雾化气体将至少一种液体形式的反应物雾化成液滴，将所述液滴和/或其气态产物引入到火焰中，氧化所述至少一种反应物形成一种或多种氧化物，将所述一种或多种氧化物冷凝形成颗粒，收集至少部分所述颗粒，以及将所述颗粒熔融在一起形成所述光增强型光学材料。本发明还涉及用于制备所述光增强型光学材料的设备以及含有所述光增强型光学材料的光波导。
背景技术
形成小颗粒在光增强型光波导的制备中是重要的步骤，所述光增强型光波导通过辐射的受激发射使光增强。这些波导的光增强性质通过用合适的掺杂剂，例如铒，掺杂例如无定形石英玻璃来获得。
可以通过在火焰中合成以形成小颗粒来制备掺杂石英玻璃。美国专利No.6565823公开了用于通过液体反应物的燃烧而形成熔融氧化硅的方法和装置。将液体硅氧烷进料以液体溶液形式输送到转变位置，该位置可以是例如甲烷-氧气火焰。进料借助气体雾化，以形成液滴的分散体。液滴挥发，硅氧烷在火焰中分解和氧化，以形成超饱和氧化硅蒸气。即使在火焰的高温下，氧化硅饱和蒸气压依然低。结果，超饱和蒸汽快速成核和冷凝，生成大量的小氧化硅颗粒。颗粒收集在心轴(mandrel)上形成波导预制体。随后，通过包括加热和拉制的工艺由所述预制体制备波导。
由于所需反应物的饱和蒸气压之间存在着差异，所以向火焰中引入雾化液滴形式的、饱和蒸气压低的反应物可能有利。通过空气动力学和/或通过气流作用在液体表面上产生的剪切力来形成小液滴的过程，称作雾化。
可以采用高速雾化气体制备小液滴，这在雾化领域中是公知的事实。但是，在光增强型材料的制备领域中，公知的是对于材料的光学和机械性质而言，关键的是所制备的材料颗粒的性质要尽可能均匀。因而，颗粒通常在火焰中合成，火焰在温度和局部气体组成方面没有大的空间和时间上的变化。所以，趋势是使火焰的紊流度最小化，以获得在空间和时间上均匀并优选是层流的反应区。已知气体速度高会诱发紊流，而紊流进而导致温度和局部气体组成出现杂乱无章的空间和时间上的变化。对火焰获得良好受控的均匀性质的要求，已经为雾化气体的速度设置了限制。
另一方面是已知在火焰中停留时间长有利于完成液滴的蒸发和确保反应时间长得足以氧化和形成所需的化合物。已知停留时间和火焰长度成比例，和气体或者液滴的速度成反比例。
美国专利No.6565823教导了在最优选的实施方案中，采用高速气体雾化液体进料，所述气体制备出速度为0.5-50m/s的雾化液体喷出物。另外，当采用在所述专利的第10栏第1-11行标明的气体流速和最小直径值时，对于所述雾化高速气体而言，可以计算出速度为大约50m/s。
专利申请PCT/FI99/00818以相似方式教导了为了有效地雾化，优选使喷射气体的速度尽可能的高。但是，没有给出所述速度的数字值。
美国专利No.6672106公开了美国专利No.6565823所述系统的变体。美国专利No.6672106教导通过采用所述变体和采用氧气作为雾化气体，雾化气流的速度可以下降至少50％。
另外，美国专利No.6672106教导通过采用较低的雾化气体速度，反应区的紊流减弱，因此颗粒沉积速度显著提高。还教导了通过降低气体速度来减少所谓的空白缺陷，该缺陷对于所制备的波导的光学性质和机械性质而言是有害的。
发明内容
本发明的目标在于制备具有均匀组成和小尺寸的光增强型光学材料。本发明的另一目标是增强对制备所述材料所用的工艺的控制。
为了实现这些目标，本发明的方法和设备主要特征在于，用于雾化液体形式的反应物的雾化气体以声速的0.3-1.5倍的速度排放。本发明的光增强型光波导主要特征在于雾化气体以声速的0.3-1.5倍的速度排放，以及簇状铒离子在所制光增强型光波导材料中的浓度比所述光增强型光波导中所有铒离子的浓度的平方乘以6×10-27m3小。本发明的其它优选实施方案描述在从属权利要求中。
根据本发明，通过使火焰中的紊流最大化，获得了适于制备光波导的均匀颗粒。因此，本发明的方法和现有技术所用方法不同。
火焰变得高度紊流，混合、加热和冷却速度显著增加。由于高效的混合，所以热量的生成、反应和颗粒冷凝都快速发生，并且基本上发生在火焰内的相同容积内，这增强了对颗粒制备工艺的控制。
通过应用高速雾化气体，出现了一些有利效果：由于雾化气体的速度高，所以雾化液滴的平均尺寸变小。雾化液滴被快速转移到火焰中。雾化气体的高速度增强了火焰中的紊流以及反应物的混合。由于高效的混合，所以反应速率高。高速燃烧导致燃烧温度高，这进而使氧化和掺杂反应的速度变快，并使火焰中的气体速度变快。由于温度高和液滴尺寸小，所以液滴在火焰中快速蒸发。由于反应速度高，所以火焰尺寸收缩。紊流也促进冷气体混合到反应气体中，从而更进一步缩短了有效停留时间。由于气体速度高和尺寸小，物质在火焰中的停留时间缩短。停留时间短使得液滴和所制备颗粒的附聚减少。
紊流态火焰对干扰不敏感。所以，通过设置多个设备互相相邻运行，可以使得本发明设备和方法的生产能力成比例增加。
反应产物在火焰中的停留时间短。因此，可以制备含有非平衡化学产物的颗粒。例如，以下两种情况都降到最小，从而提高了所制颗粒的均匀性：不同相在所制备材料中的分离以及不希望出现的铒离子成簇。
在制备适于生产光增强型光波导的颗粒中，这尤其有利。例如，在用铒掺杂时，目标是在材料中具有单一的、孤立的铒离子。铒的成簇形式对于增强光而言无效。如果有充分时间能达到热力学平衡，那么铒有在气相中形成Er2O3的趋势。在Al-Si-O系统中，铒分别有形成Al5Er3O12-Al2O3的趋势。根据本发明，通过施加高速雾化气体来限制颗粒在火焰中的停留时间，可以使铒离子簇的形成降到最小。
由于基本实现了活性离子成簇现象的最小化，所以能够提高所述离子在所制备光增强型材料中的浓度，因此获得高的量子转化效率。因此，根据本发明制备的铒掺杂型光波导具有优异的光增强性质。例如，发现根据本发明制备的铒掺杂型纤维提供的量子转化效率为65％。
附图说明
图1a示出了根据本发明的燃烧器组件的示意性侧视剖面图，
图1b示出了图1a的燃烧器组件的示意性轴向图，
图2示意性示出了根据本发明制备和收集颗粒，
图3a是用于制备光波导预制体的设备的示意图，
图3b示意性示出了由光波导预制体拉制光波导，
图4是根据本发明制备光波导的流程图，
图5示出了具有环形Laval喷嘴的燃烧器组件的又一实施方案的示意性侧视剖面图，
图6a示出了具有Laval喷嘴和两个横向液体喷嘴的燃烧器组件的又一实施方案的示意性侧视剖面图，
图6b示出了图6a的燃烧器组件的示意性轴向图，
图7a示出了具有多个液体喷嘴的燃烧器组件的又一实施方案的示意性侧视剖面图，
图7b示出了图7a的燃烧器组件的示意性轴向图，
图8示出了具有又一扩张型喷嘴的燃烧器组件的又一实施方案的示意性侧视剖面图，和
图9示出了具有涡流形成元件的燃烧器组件的又一实施方案。
具体实施方式
用于制备光增强型光学材料的设备至少包括燃烧器组件，该组件用于制备铒掺杂型石英玻璃的颗粒。
参见图1a和1b，燃烧器组件600包括四个管子11、21、31、41，这四个管子限定了四个同心喷嘴12、22、32、42。最里面的喷嘴在本文中称作液体喷嘴，用于输送液体反应物10。管子11的外表面和管子21的内表面一起限定了环形雾化气体喷嘴22，由该喷嘴排放雾化气体20。雾化气体通过作用在喷嘴22上方的压差进行加速。雾化气体20的速度可以通过喷嘴22的缩颈24进一步增加。也可以通过扩大液体反应物管子11的外表面来缩减所述横截面，替代管子21的缩颈24。燃烧器组件600也可以包括例如比图1a所示更多的喷嘴来输送惰性气体。
参见图2，在液体喷嘴12处具有液体表面14。雾化气体流20产生的剪切力和空气动力将液滴15从液体表面14上拉下来，导致雾化。液滴可以由于紊流而进一步碎裂。液滴被夹带在气体喷流中，加速到高速度，并进一步被夹带在火焰100中。
喷嘴12、22、32、42输送的反应物通过紊流和扩散实现混合。反应物的放热反应，尤其是氢的氧化，提供了火焰100所需的热量。获得了高温。火焰的发源点和如下位置相关：在该位置中，火焰相对于气体传播的速度基本等于气体的速度。
由于被周围气体大量稀释，雾化的液滴15在雾化后开始蒸发。在与火焰100中的热燃烧气体混合之后，蒸发速率显著提高。反应物10、20、30在火焰100中反应和氧化，形成氧化物和其它化合物。氧化硅和铒氧化物的饱和蒸气压如此之低以至于它们快速形核和冷凝形成经掺杂的氧化硅颗粒50。冷凝通过周围冷气体和热反应气体的紊流混合而得到进一步促进，这使得气体的平均温度快速下降。
优选地，靠近液体表面14的雾化气体20的速度是声速的0.3-1.5倍。雾化气体的最优选速度基本等于声速。
声速Vs由下式给出：
V S = pγ ρ , - - - ( 1 )
其中p表示气压，ρ表示气体密度，常数γ由下式给出：
γ = c p c v . - - - ( 2 )
其中Cp表示气体在恒压下的热容，Cv表示气体在恒容下的热容。声速Vs取决于气体温度和气体类型。
和速度V相应的雷诺数ReD定义如下：
Re D = VD v , - - - ( 3 )
其中D是液体喷嘴12的外直径，v是雾化气体喷嘴22的出口端处的雾化气体的动力学速度。
已知高的雷诺数促进紊流。为了获得小液滴15，有利的做法是选择小直径的液体喷嘴12，根据等式(3)，这就要求雾化气体20的速度V高。
压力比R定义为：
R = p i p 0 , - - - ( 4 )
其中pi是雾化气体喷嘴22里面的雾化气体20的静压，po是雾化气体喷嘴外面的静压。已知当缩颈24(图1)上方的压力比R为大约2时，可以基本达到声音的速度，即声速。
采用恒定横截面或会聚型横截面的喷嘴，仅仅能获得不超过声速的速度。实现大于声速的速度要求扩张型喷嘴。
为了制备铒掺杂型氧化硅材料，通过喷嘴12输送的液体反应物优选是溶解在甲醇中的氯化铒和氯化铝。通过雾化气体喷嘴22输送的雾化气体是氢气。通过环形喷嘴32(图1)输送四氯化硅，通过环形喷嘴42(图1)输送的是氧气。氯化铝用于提高铒在所制石英玻璃中的溶解度。
而且，在制备铒掺杂型氧化硅中可用的流速如下：
——通过液体喷嘴12的液体流速：3.6-4.5g/min。
——通过雾化气体喷嘴22的气体流速：35-60SLPM。
——通过喷嘴32的气体流速：0-15SLPM。
——通过喷嘴42的气体流速：10-40SLPM。
SLPM表示标升每分。
在铒掺杂型氧化硅的制备中，喷嘴12、22的可用直径基本是毫米量级。
反应物10、20、30、40的流速、反应物10、20、30、40的组成、喷嘴12、22、32、42的尺寸的最优组合，应该根据光增强型光学材料的预定目标性质而进行最优化。例如，可以设置铒离子的预定目标浓度，以对应10dB/m、20dB/m或者另一预定值的吸收值。优选方法是由本领域技术人员公知的试验步骤来确定最优的流速、组成和尺寸。要强调的是，需要确定的方法来产生声速左右的雾化气体速度。通常，必须进行一系列的试验，即，采用高雾化气体速度的单一试验不可能提供最优参数。
一般而言，为了获得最终产物的所需光增强性质，液体反应物10可以包括化合物，所述化合物可以包含至少一种选自元素周期表中IA、IB IIA、IIB IIIA、IIIB、IVA、IVB、VA族和稀土元素系列的至少一种金属。尤其是，液体反应物10可以包含铒、镱、钕和/或铥。形成氧化硅的化合物也可以以液体形式引入，例如，通过引入硅氧烷。在一些应用中，反应物之一可以是清洁室气体。雾化气体20可以是可燃性气体和氧化气体的经过预混的混合物，尤其是氢气和氧气的预混混合物。
液体反应物10的流速由计量泵控制。液体反应物10的流动可以部分由雾化气体流20所产生的文丘里(venturi)效应来辅助。雾化气体和气体反应物20、30、40的流速由热物质流动控制器来控制。通过气体扩散器将四氯化硅引入到反应物30中。
参见图3a，用于制备光波导预制体的设备1000包括燃烧器组件600、旋转心轴710、和使心轴710相对于燃烧器组件600旋转和移动的操纵器800。掺杂型玻璃颗粒在火焰100中合成，收集到心轴710上形成预制体720。同样，可以在预制体上收集另外的玻璃材料以提供用于制备光波导覆层的材料。
取出心轴，随后将预制体710插入到炉子(未示出)中进行提纯和烧结。参见图3b，最终采用光纤制备领域的技术人员所公知的方法和设备将预制体加热并拉制形成光波导750。
通过本发明的方法，可以制备至少具有下列参数的光增强型光纤：
——在1530nm波长处测得的峰值吸收为20dB/m。
——芯部直径为6微米，覆层直径为125微米。
——在芯部材料中成簇铒离子的百分比是大约6.5％。
可以基于采用高密度光源测量的光学材料的光谱透射率和采用低密度光源测量的光学材料的光谱透射率之间的比值，确定成簇铒离子的百分比。在波长为978nm处进行测量。
成簇铒离子的浓度也可以以更一般的方式表达。发现成簇铒离子的百分比取决于在所制备光增强型材料中所有铒离子的浓度。实验发现，在本发明所制备光增强型光学材料中，铒簇的百分比通常等于或者小于铒离子的浓度与4.85×10-25m3的乘积。因此，考虑到通常的误差容限为20％，所以在所制备光增强型光波导材料中可以获得的成簇铒离子浓度小于所述光增强型光波导中所有铒离子的浓度平方与6×10-27m3的乘积。
在操作过程中，衬底200和/或燃烧器组件600可以以线性、曲线、或者旋转方式移动以收集所制备的颗粒50。所制颗粒50的收集主要基于热泳作用(thermoforesis)。但是，静电力实现惯性撞击或者收集的原理也可以被用来收集所制颗粒50。设备可以容纳在外壳中，以保持所制备产物的高纯度。
设备1000也可以用来制备和在平整表面上收集光增强型材料，以形成平整的也即基本为二维的波导结构，其中所述平整表面比如图2所示的衬底200。
可以将多个含有光增强型材料的管子或者纵向棒互相相邻排列，以经过加热和拉制来形成所谓的光子光学结构。
可以制备含有所述光增强型材料的光学部件。例如，光增强型棒可以通过熔融、研磨和抛光工艺制备，以在激光器设备中用作安装式或者独立式部件。
图4是本发明方法的流程图。在雾化步骤410中采用雾化气体20将液体反应物10雾化410成液滴50。液滴50在引入到火焰100(图2)之前，在蒸发步骤420中在火焰100中蒸发。在氧化步骤440中，蒸发产物、其它气体反应物30和氧化气体40被混合到气体中导致氧化。在掺杂反应步骤450中，发生掺杂反应。氧化释放热量110，该热量维持了火焰100(图2)的温度并有助于液滴50的蒸发、氧化反应和掺杂反应450。形成超饱和气相氧化物，该气相氧化物在冷凝步骤460中快速形成核和冷凝成颗粒。在进一步冷凝步骤470中，可以允许外部冷气体120和热反应气体混合以进一步促进冷凝。所制备颗粒50在分离步骤480中与气体分离，在收集步骤490中收集到衬底200上。分离步骤480和收集步骤490主要通过热泳作用发生。
需要强调的是，由于在火焰100(图2)中的高效混合，所以尤其氧化步骤440、掺杂反应步骤450和冷凝步骤460、470以非常快的速度在小容积的火焰中发生。结果，反应物10、20、30、40、反应产物和颗粒50在火焰中的停留时间很短，以至于导致铒离子成簇的反应和导致掺杂型石英玻璃的不同相发生分离的反应没有达到平衡。如同前面所指出的那样，这对于所制备掺杂型氧化硅的光增强性质而言特别有利。
参见在图5中示出的又一实施方案，可以通过采用环形雾化气体喷嘴22进一步提高雾化气体喷流的速度，所述喷嘴具有扩张型横截面，例如具有锥形外扩内表面的部分。所述喷嘴也可以包括收缩段24。优选地，喷嘴22具有Laval喷嘴形式，也即图5所示的形式。已知采用Laval喷嘴可以将气体加速到超音速。超音速意味着高于声速的速度。所谓的冲击波常常存在于超音速流中。火焰100(图2)的发源点，也即靠近喷嘴的火焰边界，可以稳定到某个位置，该位置和冲击波的位置相吻合。
图6a和6b示出了另一实施方案，具有相对于雾化气体喷嘴22以垂直几何形状排列的一个或多个液体喷嘴12。
图7a和7b示出了又一实施方案，具有排列在一个雾化气体喷嘴22内的多个液体喷嘴12。可以将一个或者多个供应气体反应物的喷嘴设置在雾化气体喷嘴22内。当按比例放大根据本发明的设备1000时，这种设置很有利。
图8示出了又一实施方案，包括连接到燃烧器组件600上的又一扩张型喷嘴80。所述又一扩张型喷嘴80优选是Laval喷嘴。燃烧气体的速度进一步增加，从而减少了反应时间并导致形成更小、更均匀的颗粒50。同样，气体温度的绝热下降可以发生在冲击波SW中。例如，对于颗粒50的冷凝和终止导致形成离子簇的化学反应而言，冲击波SW的温度下降是有利的。可以在扩张型喷嘴80的前面采用分离的燃烧室(图中未示出)。
火焰100是强热源。结果，喷嘴12、22、32(图2)、42(图2)、80可以配有冷却装置，以防止材料受损和/或以确保反应物毫无故障的流动。可以通过热转移介质例如气体或水来实现冷却。所述冷却也可以基于辐射冷却。
参见图9，喷嘴12、22、32、42的一个或多个可以具有元件26，元件26具有角度取向以诱导气体形成涡流，即，旋转运动。所述涡流形成元件的例子是具有倾斜槽或者倾斜孔的叶片或者法兰，以改变气流的方向。喷嘴也可以包括带孔的或者网格状的元件来增强紊流。
可以通过采用外壳和气体泵来改变设备1000外面的压力po，以影响气体速度、颗粒收集效率、传热速率和/或化学反应平衡。例如可以在该方法中结合气体清洁系统，以从废气中去除含氯的物质。
通过本领域技术人员公知的设备和部件来控制温度、流速、压力、喷嘴位置和衬底200的位置(图2)。可以通过热电偶和传感器基于发射或吸收的光谱辐射对衬底200和气体的温度进行监控。火焰100(图2)的正确形式和对称性可以通过光学成像系统监控。采用短曝光时间获取图像序列可以有助于监控火焰100的紊流度以及监控雾化过程。可以在线监控衬底200或者所制备材料的光谱性质和荧光性质，以帮助控制颗粒50的制备。
雾化气体20和/或反应物可以通过热等离子体设备，例如通过采用能够强气体加速到极高速度和/或高温的直流非转移式等离子体焰炬(direct-current non-transferred plasma torch)，来供给。所述等离子体焰炬在例如等离子喷射领域中是公知的。
对于本领域的技术人员而言，显然可以领会对本发明设备、方法和光增强型波导的改变和修改。上面结合附图描述的具体实施方案仅仅用于示例，不是对本发明范围的限制，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (29)

1.用于制备光增强型光学材料的方法，所述方法至少包括下列步骤：
——排放雾化气体(20)，
——由所述雾化气体(20)雾化至少一种液体形式的反应物(10)以形成液滴(15)，
——将所述液滴(15)引入到火焰(100)中，
——氧化所述至少一种反应物(10)以形成一种或多种氧化物，
——冷凝所述一种或多种氧化物以制备颗粒(50)，
——收集至少部分所述颗粒(50)，和
——将所述颗粒(50)熔融在一起以形成所述光增强型光学材料，
特征在于所述雾化气体(20)以声速的0.3-1.5倍的速度排放。
2.权利要求1的方法，特征在于所述方法进一步包括将至少一种至少含有硅和/或其化合物的反应物引入到所述火焰的步骤。
3.权利要求2的方法，特征在于所述硅化合物是气态四氯化硅。
4.前述权利要求1-3任一的方法，特征在于所述方法进一步包括将含有至少一种金属和/或其化合物的至少一种反应物引入到所述火焰的步骤，所述至少一种金属选自元素周期表的LA、IB IIA、IIB IIIA、IIIB、IVA、IVB、VA族和稀有元素系列。
5.权利要求4的方法，特征在于所述至少一种金属是铒、镱、钕或者铥。
6.前述权利要求1-5任一的方法，特征在于所述雾化气体(20)以相对于所述至少一种液体形式反应物(10)成同心或者基本同心的方式引入到所述火焰(100)中。
7.前述权利要求1-6任一的方法，特征在于所述雾化气体(20)引入到至少一个雾化气体喷嘴(22)中，所述喷嘴包括至少具有收缩型横截面的部分(24)，所述雾化气体(20)的速度通过所述收缩型横截面得到增加。
8.前述权利要求1-7任一的方法，特征在于将至少所述雾化气体(20)引入到喷嘴(22)中，所述喷嘴包括至少具有扩张型横截面的部分，所述雾化气体(20)的速度通过所述包括至少所述具有扩张型横截面的部分的喷嘴(22)得到增加。
9.权利要求8的方法，特征在于所述喷嘴(22)是Laval喷嘴。
10.前述权利要求1-9任一的方法，特征在于所述雾化气体(20)至少包含可燃性气体和氧化性气体的混合物。
11.前述权利要求1-10任一的方法，特征在于所述雾化气体(20)和/或其它气体物质(30、40)通过至少一个涡流形成元件(26)引入到所述火焰中。
12.前述权利要求1-11任一的方法，特征在于所述方法进一步至少包括制备光波导预制体(720)的步骤，所述预制体至少包含所述光增强型光学材料。
13.前述权利要求1-11任一的方法，特征在于所述方法进一步至少包括制备光增强型对象的步骤，所述对象至少包含所述光增强型光学材料。
14.前述权利要求1-11任一的方法，特征在于所述方法进一步至少包括制备光增强型光波导(750)的步骤，所述光波导至少包含所述光增强型光学材料。
15.前述权利要求1-11任一的方法，特征在于所述方法进一步至少包括制备平整光波导的步骤，所述光波导至少包含所述光增强型光学材料。
16.前述权利要求1-11任一的方法，特征在于所述方法进一步至少包括制备光子结构的步骤，所述光子结构至少包括所述光增强型光学材料。
17.用于制备光增强型材料的设备，所述设备(1000)包括用于输送至少一种液体形式反应物(10)的至少一个液体喷嘴(12)和至少一个雾化气体喷嘴(22)，
——所述至少一个雾化气体喷嘴(22)用于排放雾化气体(20)以使所述液体形式的至少一种反应物(10)雾化形成液滴(15)，
——所述液滴(15)用于引入到火焰(100)中，
——所述至少一种液体形式的反应物(10)用于在所述火焰(100)中氧化形成一种或多种氧化物，和
——所述一种或多种氧化物被用于冷凝以制备由光增强型材料组成的颗粒(50)，
特征在于所述至少一种雾化气体喷嘴(22)用于以声速的0.3-1.5倍的速度排放所述雾化气体(20)。
18.权利要求17的设备，特征在于所述至少一种至少含有硅和/或其化合物的反应物被用于引入到所述火焰(100)中。
19.权利要求18的设备，特征在于所述硅化合物是气态四氯化硅。
20.前述权利要求17-19任一的设备，特征在于含有至少一种金属和/或其化合物的至少一种反应物被用于引入到所述火焰中，所述至少一种金属选自元素周期表的IA、IB IIA、IIB IIIA、IIIB、IVA、IVB、VA族和稀有元素系列。
21.权利要求20的设备，特征在于所述至少一种金属是铒、镱、钕或者铥。
22.前述权利要求17-21任一的设备，特征在于所述雾化气体喷嘴(22)至少包括具有收缩型横截面的部分(24)，所述部分(24)被用于提高雾化气体的速度。
23.前述权利要求17-22任一的设备，特征在于所述设备(1000)进一步包括至少一个喷嘴(22)，所述喷嘴至少包括具有扩张型横截面的部分，所述部分用于增加气体速度。
24.权利要求23的设备，特征在于所述具有至少一个扩张型横截面的至少一个段的喷嘴(22)是Laval喷嘴。
25.前述权利要求17-24任一的设备，特征在于所述至少一个液体喷嘴(12)和所述至少一个雾化气体喷嘴(22)是同心或者基本同心的。
26.前述权利要求17-25任一的设备，特征在于所述设备(1000)进一步包括至少一个装置以将可燃性气体和氧化性气体的混合物输送到所述至少一个雾化气体喷嘴(22)。
27.前述权利要求17-26任一的设备，特征在于所述设备(1000)进一步包括至少一个涡流形成元件(26)。
28.含有至少铒掺杂型氧化硅的光增强型光波导，所述材料通过至少包括下列步骤的方法获得：
——通过颗粒制备方法制备颗粒(50)，
——收集所述颗粒(50)，和
——将所述颗粒(50)熔融在一起以形成所述光增强型光学材料，
所述颗粒制备方法进而包括至少下列步骤：
——排放雾化气体(20)，
——通过所述雾化气体(20)雾化至少一种液体形式的反应物(10)以形成液滴(15)，
——将所述液滴(15)引入到火焰(100)中，
——氧化所述至少一种反应物(10)以形成一种或多种氧化物，和
——冷凝所述一种或多种氧化物以制备颗粒(50)，
特征在于所述雾化气体(20)以声速的0.3-1.5倍的速度排放，在所制备光增强型光波导材料中的成簇饵离子浓度小于所述光增强型光波导中所有铒离子的浓度平方与6×10-27m3的乘积。
29.权利要求28的材料，特征在于所述方法进一步包括将气态四氯化硅引入到所述火焰(100)中。
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