本发明涉及一种衍射光学元件的制备方法，特别是基于光热折变玻璃的啁啾体光栅的制备方法。啁啾体光栅能够实现激光脉冲的压缩与展宽，此光栅可以应用于啁啾脉冲放大系统中。
背景技术：
在啁啾脉冲放大系统中，为避免光脉冲能量超过元件的损伤阈值而损伤元件，同时又可以有效利用增益介质的增益，先将脉冲经过展宽器展宽后再进入放大器中放大，从放大器中出来的脉冲再经过压缩器压缩，这样就可以得到高功率的超短激光脉冲。如何实现脉冲展宽和脉冲压缩，啁啾布拉格光栅就是一个良好的选择。
光纤布拉格啁啾光栅，由于有限数值孔径的限制，以及光纤非线性效应及光纤损伤阈值的限制，使得可压缩得到的脉冲峰值功率受到限制。目前高功率的啁啾脉冲放大系统中，大多应用于电介质平面衍射光栅进行脉冲的展宽与压缩。但是电介质光栅具有传统平面光栅的缺点：体积较大、偏振敏感性强、结构稳定性差、光路调整复杂等。为了克服这些缺点，就需要重新寻找一款新型的脉冲展宽器和压缩器。基于光热折变玻璃的啁啾体光栅就能克服上述缺点，实现脉冲的展宽与压缩。
对于均匀体光栅，可以应用平行光束干涉，形成等间距的干涉条纹，记录在光热折变玻璃中，然后用热处理法来处理光热折变玻璃，从而得到均匀体光栅。（熊宝星，袁孝，张翔等，光热敏折变玻璃及其布拉格体光栅特性研究[j]，光学学报，2012,32（8）：1205001）。
目前，人们对啁啾体光栅进行了广泛的理论研究与应用，但是对于啁啾体光栅的制备方法很少文献提及。由于体光栅具有一定的厚度，原来用于光纤啁啾光栅的制作方法，对啁啾体光栅也不再适用。目前，一种应用掩模的啁啾体光栅制备方法（seunghoohan,bong-ahnyu,seunghwanchung,etal.filtercharacteristicsofachirpedvolumeholographicgrating[j],opticsletter,2004,29(1):107-109），但该方法必须要先刻写具有啁啾结构的掩模，一块掩模只能用于一种光栅的制作，这样光栅的制作成本较高，且光栅周期不容易控制。因此，开发一种光栅参数可调，低成本的啁啾体啁啾制备方法很有必要。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于光热折变玻璃的啁啾体光栅的制备方法，利用一束发散光束与一束会聚光束干涉，干涉条纹记录在光热折变玻璃中形成啁啾体光栅。本发明方法简单，容易操作，体光栅参数灵活可调，不需要制造掩模，能够实现啁啾体光栅低成本制作。
本发明的具体技术方案如下：
一种啁啾体光栅制备方法，其特征在于：通过一束会聚光束与一束发散光束干涉，在叠加区域形成明暗相间的干涉条纹。两光束的中心分别为o1，o2，两点位于x轴上，关于z轴对称，其坐标分别为o1(-x0,0,0)，o2(x0,0,0)。在两光束的叠加区域会出现明暗相间的干涉条纹，在两光束叠加区域中一点p（x，y，z）处，光程差为：
当p点位于z轴上时，则x=0，y=0，上式变为：
z轴上形成干涉条纹的宽度λ：
λr是记录光束的波长。
在反射体光栅中，当光束正入射的情况下，布拉格衍射条件为λ=2nλ。啁啾体光栅光谱啁啾系数scr：
若光栅厚度t，由上式可得：
根据光栅的设计要求（体光栅的厚度为t，中心工作波长为λ0，啁啾系数为scr），上述体光栅记录过程中的结构参数x0和体光栅中心位置zg可以通过以下步骤，并通过计算机编程计算得出：
①布拉格衍射条件λ=2nλ，体光栅平均折射率n=1.5，中心波长λ0，可知λ0=λ0/2n；
③体光栅两端的z轴坐标分别为z1=zg(x0)-t/2和z2=zg(x0)+t/2，所对应的光栅周期分别为λ1和λ2。根据scr=2n(λ1-λ2)/t，通过计算，即可确定光束结构参数x0与体光栅中心位置zg。
所述的体啁啾光栅的制备方法，包括下列步骤：
①根据设计要求，计算出光栅记录过程中所需的光束结构参数x0与体光栅中心位置zg；
②根据计算出参数调整光束记录光路，使两光束的发散中心和会聚中心分别位于o1，o2，体光栅中心位于zg；
③根据热敏玻璃的特性与记录光束的波长与能量，确定曝光时间；
④对完成曝光后的光热折变玻璃进行热处理，使其折射率在紫外曝光并热处理后发生改变，即在光热折变玻璃上形成啁啾体光栅。
本发明所提供的啁啾体光栅制备方法，通过应用一束发散光束与一束会聚光束干涉，形成间距逐渐变化的干涉条纹，干涉条纹被记录在光热折变玻璃中，形成啁啾体光栅。根据设计要求，光栅记录过程中所需要的光束结构参数与体光栅的位置，通过计算机编程计算得到。本发明可以通过灵活调整记录光束的结构参数与光热折变玻璃的位置，从而实现不同啁啾系数体光栅的加工。
附图说明
图1啁啾体光栅结构示意图。
图2本发明在记录啁啾体光栅时会聚光束与发散光束示意图。
图3本发明实施例中记录啁啾体光栅的装置示意图。
图4本发明实施例中体光栅时延随曲线（t=50mm，λ0=1550nm,scr=3.2nm/cm）。
图5本发明实施例中，对于t=50mm，n=1.5，λ0=1550nm的体光栅，光谱啁啾系数scr随光束结构参数x0的变化曲线。
图6本发明实施例中，对于t=50mm，n=1.5，λ0=1550nm体光栅，体光栅中心位置zg随结构参数x0的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，但不应以此限制本发明的保护范围。
参阅图1，图1(a)是本发明所制作的啁啾体光栅结构示意图，其光栅周期随着z轴方向逐渐变化，图1(b)给出了光栅周期随z轴的变化曲线。
图2是本发明在记录啁啾体光栅时会聚光束与发散光束示意图。通过一束会聚光束与一束发散光束干涉，在叠加区域形成明暗相间的干涉条纹。发散光束的中心为o1(x1，0,0)，会聚光束的中心为o2(x2，0,0)，设两点关于z轴对称，则x1=-x0，x2=x0。则o1(-x0,0,0)，o2(x0,0,0)。在叠加区域内会出现明暗相间的干涉条纹，其干涉条纹周期沿着z轴逐渐变化。
在两光束叠加区域中一点p（x，y，z）处，光程差为：
当p点位于z轴上时，则x=0，y=0，上式变为：
z轴上形成干涉条纹的宽度：
λr是记录光束的波长。形成啁啾体光栅的结构如图1(b)所示。
图3是本发明实施例记录啁啾体光栅的装置示意图。该实施例中，采用分振幅法进行分束，形成两束相干光束。从激光器1发出的激光，经准直扩束器2后被分束器3分成两束光，透射光经扩束器4再次扩束，然后经反射镜5反射，最后经会聚透镜7聚焦，形成会聚光束。被分束器3反射的光束经反射镜6反射后，再经发散透镜8形成发散光束。在会聚光束与发散光束叠加区域形成不等间距的干涉条纹，干涉条纹被记录在光热折变玻璃9上，形成啁啾体光栅。
记录啁啾体光栅时所需要的参数与公式如下：
(1)啁啾体光栅的厚度t：光束在啁啾体光栅中反射时第一个反射面与最后一个反射面之间的距离；
(2)在反射体光栅中，当波长为λ的光束正入射时，布拉格衍射条件为：λ=2nλ，n为光栅的平均折射率，λ为体光栅的光栅周期。中心波长λ0对应的光栅周期λ0，λ0=λ0/2n；
(3)体光栅的光谱啁啾系数scr：scr=dλ/dz=2ndλ/dz；
(4)光栅周期与图2中结构参数x0，z之间的关系见表达式(1)，根据式(1)可以确定体光栅中心位置zg(x0)，其中-x0与x0分别为发散光束发散中心与会聚光束会聚中心在x轴上的位置坐标。体光栅两端的z轴坐标分别为z1=zg(x0)-t/2，z1=zg(x0)+t/2，两端所对应的光栅周期分别为λ1,λ2。scr=2n(λ1-λ2)/t，并通过计算机编程计算，即可确定结构参数x0与zg。
本发明实施例中，对于t=50mm，中心波长λ0=1550nm，n=1.5的体光栅，记录光束波长λr=325nm，光谱啁啾系数scr=3.2nm/cm，根据以上步骤，计算得到的结构参数x0=1306.82cm与zg=179.88cm。
由图1可知，不同波长的光会在光栅不同位置处反射，所以最前端的反射光与最后端的反射光之间存在最大的时间延迟（脉冲展宽的最大量）ts：ts=2nt/c，其中c为光速。时延色散sf：sf=ts/δλ=2n/c/scr。图4是本发明实施例中，对于t=50mm，中心波长λ0=1550nm，n=1.5，scr=3.2nm/cm，体光栅的时延曲线。
图5是本发明实施例中，对于厚度t=50mm，中心波长λ0=1550nm，n=1.5，的体光栅，记录光束波长λr=325nm，光谱啁啾系数scr随光束结构参数x0的变化曲线。
图6是本发明实施例中，对于t=50mm，中心波长λ0=1550nm，n=1.5，的体光栅，记录光束波长λr=325nm，光谱啁啾系数scr随光束结构参数x0的变化曲线。