Ukrainian Journal of Physical Optics


2024 Volume 25, Issue 2


ISSN 1609-1833 (Print)

THE INFLUENCE OF ACOUSTIC ACTIVITY AND ELLIPTICAL POLARIZATION OF THE EIGEN ACOUSTIC WAVES ON THE EFFICIENCY OF ACOUSTO-OPTIC DIFFRACTION: THE EXAMPLE OF QUARTZ CRYSTALS

O. Mys, D. Adamenko and R. Vlokh

1O.G.Vlokh Institute of Physical Optics, 23 Dragomanov Str., 79005, Lviv, Ukraine, vlokh@ifo.lviv.ua

ABSTRACT

The present work is devoted to analyzing the influence of the ellipticity of acoustic waves caused by acoustic activity on the efficiency of acousto-optic interaction. It has been shown that the peak-like increase of the effective elastic-optic coefficients and acousto-optic figure of merit is manifested in the case when the acousto-optic diffraction appears on the quasi-transverse elliptical (or circular) acoustic waves that propagate in the directions that are close to the acoustic axes. In this paper, the analysis has been carried out on the example of quartz crystals, and it has been shown that the increase of acousto-optic figure of merit is peculiar for all types of acousto-optic interactions with the quasi-transverse acoustic waves. We have shown that accounting for the ellipticity of diffracted optical waves in the analysis of acousto-optic interaction in optically active crystals leads to more correct results than those obtained in our recent works.

Keywords: acoustic activity, acousto-optic diffraction, acousto-optic figure of merit, ellipticity of the eigen acoustic waves

UDC: 535.43, 535.551, 535.562, 534-16

    1. Mys, O., Kostyrko, M., Adamenko, D., Martynyuk-Lototska, I., Skab, I., & Vlokh, R. (2022). Effect of ellipticity of optical eigenwaves on the enhancement of efficiency of acousto-optic Bragg diffraction. A case of optically active Pb5Ge3O11 crystals. AIP Advances, 12(5). doi:10.1063/5.0090489
    2. Mys, O., Adamenko, D., & Vlokh, R. (2023). Enhancement of acousto-optic diffraction efficiency in SiO2 crystals due to ellipticity of optical eigenwaves: isotropic acousto-optic interaction. Ukrainian Journal of Physical Optics, 24(2), 124-134. doi:10.3116/16091833/24/2/124/2023
    3. Mys., O., Adamenko, D. and Vlokh, R. (2023). Influence of Faraday elliptical birefringence on the acousto-optic diffraction efficiency: a case of isotropic interaction with quasi-longitudinal acoustic waves in KH2PO4 crystals. Ukrainian Journal of Physical Optics, 24(1), 95-103. doi:10.3116/16091833/24/1/95/2023
    4. Mys, O., Adamenko, D., & Vlokh, R. (2023). Increase in the acousto-optic figure of merit in SiO2 crystals due to optical activity. Anisotropic acousto-optic interactions. Ukrainian Journal of Physical Optics, 24(3), 262-275. doi:10.3116/16091833/24/3/262/2023
    5. Uchida, N., & Ohmachi, Y. (1969). Elastic and photoelastic properties of TeO2 single crystal. Journal of Applied Physics, 40(12), 4692-4695. doi:10.1063/1.1657275
    6. Yano, T., & Watanabe, A. (1974). Acousto-optic figure of merit of TeO2 for circularly polarized light. Journal of Applied Physics, 45(3), 1243-1245. doi:10.1063/1.1663396
    7. Shaskolskaya, M. P. (1982). Acoustic crystals. Nauka.
    8. Sirotin, I. I., & Shaskolʹskaia, M. P. (1982). Fundamentals of crystal physics. MIR publishers.
    9. Alshits, V. I., & Lothe, J. (2006). Acoustic axes in trigonal crystals. Wave Motion, 43(3), 177-192. doi:10.1016/j.wavemoti.2005.11.002
    10. Boulanger, P., & Hayes, M. (1998). Bounds on elastic wave speeds in crystals: theory and applications. Proceedings of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 454(1977), 2289-2322. doi:10.1098/rspa.1998.0260
    11. Vavryčuk, V. (2005). Acoustic axes in triclinic anisotropy. The Journal of the Acoustical Society of America, 118(2), 647-653. doi:10.1121/1.1954587
    12. Naumenko, N. F., Yushkov, K. B., & Molchanov, V. Y. (2021). Extreme acoustic anisotropy in crystals visualized by diffraction tensor. The European Physical Journal Plus, 136(1), 95. doi:10.1140/epjp/s13360-021-01072-0
    13. Li, Y. Y., & Chen, L. (1987). Theory of acoustical activity. Physical Review B, 36(18), 9507. doi:10.1103/PhysRevB.36.9507
    14. Pine, A. S. (1971). Linear Wave‐Vector Dispersion of the Shear‐Wave Phase Velocity in α Quartz. The Journal of the Acoustical Society of America, 49(3C), 1026-1029. doi:10.1121/1.1912444
    15. Lin, C., Fang, T., Tai-yong, Z., Shi-wen, N., Cheng, G., & Zhong-jian, S. (1985). A study of acoustical activity of BiP12GeO20. Solid State Communications, 54(9), 803-806. doi:10.1016/0038-1098(85)90290-X
    16. Zhigong, S., Jinkui, Z., Quan, L., Jialing, Y., & Changgui, Y. (1989). Acoustical activity in tellurium. Solid State Communications, 72(10), 1027-1031. doi:10.1016/0038-1098(89)90621-2
    17. Joffrin, C., Dorner, B., & Joffrin, J. (1980). Activité acoustique et loi de dispersion: le quartz et le chlorate de sodium. Journal de Physique Lettres, 41(16), 391-395. doi:10.1051/jphyslet:019800041016039100
    18. Konstantinova, A. F., Grechushnikov, B. N., Bokut, B. V. and Valyashko, E. G. (1995). Optical Properties of Crystals. Navuka i Tekhnika.
    19. Tompkins, H., & Irene, E. A. (2005). Handbook of ellipsometry. William Andrew. doi:10.1007/3-540-27488-X
    20. Arteaga, O., Canillas, A., & Jellison Jr, G. E. (2009). Determination of the components of the gyration tensor of quartz by oblique incidence transmission two-modulator generalized ellipsometry. Applied Optics, 48(28), 5307-5317. doi:10.1364/AO.48.005307
    21. Narasimhamurty, T. S. (1969). Photoelastic constants of α quartz. JOSA, 59(6), 682-686. doi:10.1364/JOSA.59.000682
    22. Landolt-Borstein. (1971). Zahlenwerte und Funktionen aus Naturwissenschaften und Technik. Neue Serie: Bd. I. Elastiche, piezooptishe konstanten von kristallen.

    Дана робота присвячена аналізу впливу еліптичності акустичних хвиль, спричинених акустичною активністю, на ефективність акустооптичної взаємодії. Показано, що пікоподібне зростання ефективних пружнооптичних коефіцієнтів і коефіцієнта акустооптичної якості проявляється у випадку, коли акустооптична дифракція виникає на квазіпоперечних еліптичних (або циркулярних) акустичних хвилях, які поширюються в напрямках, близьких до акустичних осей. У даній роботі проведено аналіз на прикладі кристалів кварцу та показано, що підвищення коефіцієнта акустооптичної якості властиве всім типам акустооптичних взаємодій з квазіпоперечними акустичними хвилями. Показано, що врахування еліптичності дифрагованих оптичних хвиль при аналізі акустооптичної взаємодії в оптично активних кристалах дає більш коректні результати, ніж отримані в наших останніх роботах.

    Ключові слова: акустична активність, акустооптична дифракція, коефіцієнт акустооптичної якості, еліптичність власних акустичних хвиль

Free download this article 

© Ukrainian Journal of Physical Optics ©