Ukrainian Journal of Physical Optics


2026 Volume 27, Issue 1


ISSN 1816-2002 (Online), ISSN 1609-1833 (Print)

POLARIZATION-DEPENDENT ACOUSTO-OPTIC EFFICIENCY IN OPTICALLY ACTIVE BIAXIAL α-HIO3 CRYSTALS

O. Mys, M. Kostyrko and R. Vlokh

Author Information
O. Mys ORCID logo SCOPUS logo, M. Kostyrko ORCID logo SCOPUS logo, R. Vlokh ORCID logo SCOPUS logo
O.G.Vlokh Institute of Physical Optics of the Ivan Franko National University of Lviv, 23 Dragomanov Str., lviv, 79005, Ulraine

ABSTRACT

The effect of polarization of the incident optical wave on the effective elasto-optic coefficient and the acousto-optic figure of merit in optically active, optically biaxial α-HIO3 crystals is analyzed in the present work. It has been revealed that the increase in both parameters occurs when the polarization of the incident optical wave aligns with the polarization of the eigenwaves at the interaction with the quasi-longitudinal acoustic wave. The acousto-optic figure of merit for the case of acousto-optic interaction with quasi-longitudinal AW increases more than two times, reaching almost the same value as the maximal one in the XZ plane of acousto-optic interaction. It has been found that at the fifth and sixth types of acousto-optic interactions with a pure transverse acoustic wave, the acousto-optic diffraction is only possible due to the optical activity and ellipticity of the eigenwaves. In particular, for the sixth interaction type, the acousto-optic figure of merit caused solely by the eigenwaves' ellipticity reaches 13.4×10–15s3/kg.

Keywords: acousto-optic figure of merit, biaxial crystals, optical activity, α-HIO3 crystal

UDC: 535.4, 535.012.22, 534.2

    1. Brillouin, L. (1922). Diffusion de la lumière et des rayons X par un corps transparent homogène. In Annales de physique (Vol. 9, No. 17, pp. 88-122).
      doi:10.1051/anphys/192209170088
    2. Debye, P., & Sears, F. W. (1932). On the scattering of light by supersonic waves. Proceedings of the National Academy of Sciences, 18(6), 409-414.
      doi:10.1073/pnas.18.6.409
    3. Lucas, R., & Biquard, P. (1932). Optical properties of solid and liquid medias subjected to high-frequency elastic vibrations. Jour. De. Phys, et Rad, 3, 464-477.
      doi:10.1051/jphysrad:01932003010046400
    4. Korpel, A. (1988). Acousto-Optics. Marcel Dekker. Inc. New York and Basel.
    5. Balakshy, V. I., Parygin, V. N., & Chirkov, L. E. (1985). Physical principles of acousto-optics. Radio i Svyaz, Moscow.
    6. Mys, O., Adamenko, D., Krupych, O., & Vlokh, R. (2018). Effect of deviation from purely transverse and longitudinal polarization states of acoustic waves on the anisotropy of acousto-optic figure of merit: the case of Tl3AsS4 crystals. Applied Optics, 57(28), 8320-8330.
      doi:10.1364/AO.57.008320
    7. Buryy, О. А., Andrushchak, А. S., Kushnir, O. S., Ubizskii, S. B., Vynnyk, D. М., Yurkevych, Larchenko, O. V., Chaban, K. O., Gotra, O. Z., & Kityk, A. V. (2013). Method of extreme surfaces for optimizing geometry of acousto-optic interactions in crystalline materials: example of LiNbO3 crystals. Journal of Applied Physics, 113(8).
      doi:10.1063/1.4792304
    8. 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
    9. Mys, O., Kostyrko, M., & Vlokh, R. (2024). Polarization of the Diffracted Optical Wave in the Crystals with Circular Optical Birefringence and Efficiency of Acousto-Optic Interaction Associated with Circularly Polarized Optical Waves in the Optically Active Crystals of Cubic System. Ukrainian Journal of Physical Optics, 25(4), 04051-04062.
      doi:10.3116/16091833/Ukr.J.Phys.Opt.2024.04051
    10. Krupych, O., Mys, O., Dudok, T., Say, A., & Vlokh, R. (2025). Effect of polarization ellipticity of the incident optical wave on acousto-optic diffraction efficiency and intensity modulation: case of TeO2 crystals. Applied Optics, 64(28), 8308-8313.
      doi:10.1364/AO.572746
    11. Sirotin, I. I., & Shaskolʹskai︠a︡, M. P. (1982). Fundamentals of crystal physics. MIR publishers.
    12. Kurtz, S. K., Perry, T. T., & Bergman Jr, J. G. (1968). Alpha‐iodic acid: A solution-grown crystal for nonlinear optical studies and application. Applied Physics Letters, 12(5), 186-188.
      doi:10.1063/1.1651945
    13. Kupreychik, M. I., & Balakshy, V. I. (2017). The spatial structure of acousto-optic phase matching in biaxial crystal of alpha-iodic acid. Optics and Spectroscopy, 123(3), 463-470.
      doi:10.1134/S0030400X17090211
    14. Naito, H., & Inaba, H. (1972). Measurement of the refractive indices of α-iodic acid, HIO3 crystal. Opto-electronics, 4(3), 335-337.
      doi:10.1007/BF02334399
    15. Ivanov, N. R., & Chikhladze, O. A. (1976). Experimental determination of gyration in anorthorombic crystal α-HIO3. Kristallografiya, 21(1), 125-132.
    16. Shaskolskaya, M.P. (1982). Acoustic crystals, Nauka, Moscow.
    17. Nye, J. F. (1957). Physical Properties of Crystals (Oxford Univ. Press (clarendon) London.

    У цій роботі проаналізовано вплив поляризації вхідної оптичної хвилі на ефективний пружнооптичний коефіцієнт та коефіцієнт акустооптичної якості в оптично активних, оптично двовісних кристалах α-HIO3. Виявлено, що при взаємодії з квазіпоздовжньою акустичною хвилею відбувається збільшення обох параметрів, у випадку коли поляризація вхідної оптичної хвилі збігається з поляризацією власних хвиль. При акустооптичній взаємодії з квазіпоздовжньою акустичною хвилею коефіцієнт акустооптичної якості зростає більш ніж удвічі, досягаючи майже такого ж значення, як максимальне значення цього коефіцієнта в площині акустооптичної взаємодії XZ. Було виявлено, що при п'ятому та шостому типах акустооптичної взаємодії з чистою поперечною акустичною хвилею акустооптична дифракція можлива лише завдяки оптичній активності та еліптичності власних хвиль. Зокрема, для шостого типу взаємодії коефіцієнт акустооптичної якості, зумовлений виключно еліптичністю власних хвиль, досягає 13,4×10–15с3/кг.

    Ключові слова: коефіцієнт акустооптичної якості, двовісні кристали, оптична активність, кристал α-HIO3

Free download this article 

This work is licensed under CC BY 4.0