Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
On the possibility of electrooptic operation by orbital angular momentum of light beams via Pockels effect in crystals
Download this article

Skab I. P., Vasylkiv Yu. V. and Vlokh R. O.

Abstract. We have shown that some special configurations of electric field created in electrooptic crystals can lead to appearance of orbital angular momentum in the outgoing light beam, provided that the incident circularly polarised beam propagates along the optic axis direction. It has been found that the topological charge of outgoing helical mode is equal to unity. We have also demonstrated on the canonical examples of electrooptic crystals LiNbO3 and LiTaO3 that the efficiency of SAM-to-OAM conversion can be gradually operated by the electric field, using the Pockels effect. 

Keywords: spin angular momentum of light, orbital angular momentum operation, Pockels effect

PACS:  42.50.Tx, 78.20.Jq
UDC: 535.012.2
Ukr. J. Phys. Opt. 12 127-136
doi: 10.3116/16091833/12/3/127/2011
Received: 29.04.2011

Анотація. В роботі показано, що певна конфігурація електричного поля, створена в електрооптичному кристалі може приводити до утворення орбітального кутового моменту вихідного променя, якщо падаючий оптичний промінь володіє циркулярною поляризацією і поширюється вздовж оптичної осі кристалу. При цьому встановлено, що топологічний заряд вихідної гелікоїдальної моди дорівнює одиниці. На прикладі відомих електрооптичних кристалів таких як LiNbO3 і LiTaO3 показано, що ефективність перетворення спінового кутового моменту в орбітальний кутовий момент може поступово змінюватись під дією електричного поля з використанням ефекту Покельса.
REFERENCES
  1. Soskin M S and Vasnetsov M V, 2001. Singular optics. Progr. Opt. 42: 219–276. doi:10.1016/S0079-6638(01)80018-4
  2. David P DiVincenzo, 1995. Quantum computation. Science. 270: 255–261. doi:10.1126/science.270.5234.255
  3. Kilin S Ya, 1999. Quantum information. Phys. - Uspekhi. 42: 435–452. doi:10.1070/PU1999v042n05ABEH000542
  4. Boschi D, Branca S, De Martini F, Hardy L and Popescu S, 1998. Experimental realization of teleporting an unknown pure quantum state via dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels. Phys. Rev. Lett. 80: 1121–1125. doi:10.1103/PhysRevLett.80.1121
  5. Beth R A, 1936. Mechanical detection and measurement of the angular momentum of light. Phys. Rev. 50: 115–125. doi:10.1103/PhysRev.50.115
  6. Allen L, Beijersbergen M W, Spreeuw R J C and Woerdman J P, 1992. Orbital angular momentum of light and the transformation of Laguerre-Gaussian laser modes. Phys. Rev. A. 45: 8186–8189.doi:10.1103/PhysRevA.45.8185PMid:9906912
  7. Gabriel Molina-Terriza, Juan P Torres and Lluis Torner, 2001. Management of the angular momentum of light: preparation of photons in multidimensional vector states of angular momentum. Phys. Rev. Lett. 88: 013601. doi:10.1103/PhysRevLett.88.013601PMid:11800943
  8. Ebrahim Karimi, Bruno Piccirillo, Eleonora Nagali, Lorenzo Marrucci and Enrico Santamato, 2009. Efficient generation of orbital angular momentum eigenmodes of light by thermally tuned q-plates. Appl. Phys. Lett. 94: 231124. doi:10.1063/1.3154549
  9. Bruno Piccirillo, Vincenzo D’Ambrosio, Sergei Slussarenko, Lorenzo Marrucci and Enrico Santamato, 2010. Photon spin-to-orbital angular momentum conversation via an ellectrically tunable q-plate. Appl. Phys. Lett. 97: 241104. doi:10.1063/1.3527083
  10. Marrucci L, Manzo C and Paparo D, 2006. Optical spin-to-orbital angular momentum conversion in inhomogeneous anisotropic media. Phys. Rev. Lett. 96: 163905. doi:10.1103/PhysRevLett.96.163905PMid:16712234
  11. Skab I, Vasylkiv Yu, 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
  12. I Skab, Yu Vasylkiv, B Zapeka, V Savaryn and R Vlokh, 2011. On the appearance of singularities of optical field under torsion of crystals containing three-fold symmetry axes. JOSA A. 28: 1331-1340. doi:10.1364/JOSAA.28.001331
  13. Skab I, Vasylkiv Yu, Savaryn V and Vlokh R, 2010. Relations for optical indicatrix parameters in the conditions of crystal torsion. Ukr. J. Phys. Opt. 11: 193–240.doi:10.3116/16091833/11/4/193/2010
  14. Vasylkiv Yu, Savaryn V, Smaga I, Skab I and Vlokh R, 2010. Determination of piezooptic coefficient π14 of LiNbO3 crystals under torsion loading. Ukr. J. Phys. Opt. 11: 156–164. doi:10.3116/16091833/11/3/156/2010
  15. http://www.almazoptics.com/LiNbO3.htm
  16. http://www.almazoptics.com/LiTaO3.html
  17. 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
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics