Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Topological defects of optical anisotropy parameters caused by the screw dislocations of crystalline structure

Savaryn V., Vasylkiv Yu., Skab I. and Vlokh R.

Download this article

Abstract. We have analyzed spatial distributions of optical birefringence and angle of optical indicatrix rotation caused by inhomogeneous mechanical stresses appearing due to structural screw dislocations in cubic and trigonal crystals. We have shown that accounting for even approximate boundary conditions leads to a physically sound result, zeroing of piezooptically induced birefringence in the vicinity of the dislocation core. Together with the availability of topological defect of the optical indicatrix orientation, this provides the exact conditions for generating singly charged optical vortices

Keywords: screw dislocations, topological defects, piezooptic effect

PACS: 61.72Ff, 78.20Fm, 78.20Hp, 42.50Tx
UDC: 535.5+544.022.341.1
Ukr. J. Phys. Opt. 16 171-177
doi: 10.3116/16091833/16/4/171/2015
Received: 30.09.2015

Анотація. У роботі проаналізовано просторові розподіли оптичного двозаломлення і кута повороту оптичної індикатриси, спричинені механічними напруженнями, що виникають внаслідок існування структурних гвинтових дислокацій у кубічних і тригональних кристалах. Показано, що врахування навіть наближених граничних умов приводить до занулення п’єзооптично індукованого двозаломлення в околі серцевини дислокації. Разом із існуванням топологічного дефекту орієнтації оптичної індикатриси, це забезпечує точні умови для генерації оптичних вихорів із зарядом, що дорівнює одиниці. 
REFERENCES
  1. Heckenberg N R, McDuff R, Smith C P and White A G, 1992. Generation of optical phase singularities by computer-generated holograms. Opt. Lett. 17: 221–223. doi:10.1364/OL.17.000221
  2. Oemrawsingh S S R, van Houwelingen J A W, Eliel E R, Woerdman J P, Verstegen E J K, Kloosterboer J G and Hooft G W, 2004. Production and characterization of spiral phase plates for optical wavelengths. Appl. Opt. 43: 688–694. doi:10.1364/AO.43.000688
  3. Volyar A V, 2002. Fiber singular optics. Ukr. J. Phys. Opt. 3: 69–96. doi:10.3116/16091833/3/2/69/2002
  4. Desyatnikov A, Fadeyeva T A, Shvedov V G, Izdebskaya Y V, Volyar A V, Brasselet E, Neshev D N, Krolikowski W and Kivshar Y S, 2010. Spatially engineered polarization states and optical vortices in uniaxial crystals. Opt. Expr. 18: 10848–10863. doi:10.1364/OE.18.010848
  5. Marrucci L, 2008. Generation of helical modes of light by spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous liquid crystals. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 488: 148–162. doi:10.1080/15421400802240524
  6. Grier D G, 2003. A revolution in optical manipulation. Nature. 424: 810–816. doi:10.1038/nature01935
  7. Qiwen Zhan, 2006. Properties of circularly polarized vortex beams. Opt. Lett. 31: 867-869. doi:10.1364/OL.31.000867
  8. Molina-Terriza G, Vaziri A, Rehácek J, Hradil Z and Zeilinger A, 2004. Triggered qutrits for quantum communication protocols. Phys. Rev. Lett. 92: 167903. doi:10.1103/PhysRevLett.92.167903
  9. Skab I, Vasylkiv Yu, Smaga I and Vlokh R, 2011. Spin-to-orbital momentum conversion via electrooptic Pockels effect in crystals. Phys. Rev. A. 84: 043815. doi:10.1103/PhysRevA.84.043815
  10. Skab I, Vasylkiv Y, Savaryn V and Vlokh R, 2011. Optical anisotropy induced by torsion stresses in LiNbO3 crystals: appearance of an optical vortex. J. Opt. Soc. Amer. A. 28: 633–640. doi:10.1364/JOSAA.28.000633
  11. Skab I, Vasylkiv Yu, Zapeka B, Savaryn V and Vlokh R, 2011. On the appearance of singularities of optical field under torsion of crystals containing three-fold symmetry axes. J. Opt. Soc. Amer. A. 28: 1331–1340. doi:10.1364/JOSAA.28.001331
  12. Skab I, Vasylkiv Yu and Vlokh R, 2012. Induction of optical vortex in the crystals subjected to bending stresses. Appl. Opt. 51: 5797–5805. doi: 10.1364/AO.51.005797
  13. Savaryn V, Vasylkiv Yu, Krupych O, Skab I and Vlokh R, 2013. Polarization singularities of optical fields caused by structural dislocations in crystals. J. Opt. 15: 044023. doi:10.1088/2040-8978/15/4/044023
  14. Savaryn V, Vasylkiv Yu, Krupych O, Skab I and Vlokh R, 2015. Corrigendum: Polarization singularities of optical fields caused by structural dislocations in crystals (J. Opt. 2013, 15 044023). J. Opt. 17: 089501. doi:10.1088/2040-8978/17/8/089501
  15. Friedel J, Dislocations. Oxford: Pergamon Press (1964).
  16. Sheinerman A. G. and Gutkin M. Yu, 2003. Elastic fields of a screw super-dislocation with a hollow core (pipe) perpendicular to the free crystal surface. Phys. Solid State. 45: 1694–1700. doi:10.1134/1.1611236
  17. Narasimhamurty T S, Photoelastic and electrooptic properties of crystals. New York: Plenum Press (1981). doi:10.1007/978-1-4757-0025-1
  18. Hellwege K-H and Hellwege A M, 1979. Landolt-Börnstein numerical data and functional relationships in science and technology, New Series, Group III: Crystal and solid state physics, 11: Elastic, piezoelectric, pyroelectric, piezooptic, electrooptic constants and nonlinear susceptibilities of crystals (Berlin: Springer-Verlag)
  19. http://www.optotl.ru/mat/NaCl
  20. Vasylkiv Yu, Savaryn V, Smaga I, Skab I and Vlokh R, 2011. On determination of sign of the piezo-optic coefficients using torsion method. Appl. Opt. 50: 2512–2518. doi:10.1364/AO.50.002512
  21. Weis R S and Gaylord T K, 1985. Lithium niobate: Summary of physical properties and crystal structure. Appl. Phys. A. 37: 191–203. doi:10.1007/BF00614817
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics