Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Behavior of topological defects of optical indicatrix orientation in cubic single crystals under conically distributed electric field. 
1. The electric field and the optical beam parallel to the three-fold symmetry axis

Vasylkiv Yu., Kryvyy T., Skab I. and Vlokh R.

Download this article

Abstract. We have studied the behaviour of topological defects (TDs) of optical indicatrix orientation under the conditions when the electrooptic Pockels and Kerr nonlinearities coexist in cubic crystals and the axes of both conically shaped electric field and light beam are parallel to the crystallographic direction [111]. We have found that the electric voltage leads to a birth of three pairs of TDs. They are characterized by half-integer magnitudes of their strength and the opposite signs of that strength within the pairs. The above pairs of TDs annihilate with decreasing voltage. We have also shown that the total charge of relevant optical vortices is not conserved under topological reactions.

Keywords: Pockels effect, Kerr effect, topological defects, optical indicatrix, optical vortices

PACS: 78.20.Jq, 42.50.Tx
UDC: 535.5+537.228.3+515.1
Ukr. J. Phys. Opt. 15 184-194
doi: 10.3116/16091833/15/4/184/2014

Received: 09.10.2014

Анотація. У роботі досліджено поведінку топологічних дефектів (ТД) орієнтації оптичної індикатриси за умови співіснування покельсівської і керрівської електрооптичних нелінійностей у кристалах кубічної сингонії, прикладання конічного електричного поля і поширення пучка променів уздовж напрямку [111]. Виявлено, що зміна напруги приводить до народження трьох пар ТД, які характеризуються напівцілим значенням сили і мають протилежні знаки цієї сили в межах пари. За умови зменшення напруги ці пари ТД анігілюють. Показано, що топологічний заряд оптичних вихорів під час топологічних реакцій не зберігається.
REFERENCES
  1. Volyar A, Shvedov V, Fadeyeva T, Desyatnikov A S, Neshev D N, Krolikowski W and Kivshar Yu S, 2006. Generation of single-charge optical vortices with an uniaxial crystal. Opt. Ex-press. 14: 3724–3729. doi:10.1364/OE.14.003724
  2. 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.96.163905
  3. Piccirillo B, D'Ambrosio V, Slussarenko S, Marrucci L and Santamato E, 2010. Photon spin-to-orbital angular momentum conversion via an electrically tunable q-plate. Appl. Phys. Lett. 97: 241104. doi:10.1063/1.3527083
  4. Groblacher S, Jennewein T, Viziri A, Weihs G and Zeillinger A, 2006. Experimental quantum cryptography with qutrits. New J. Phys. 8: 75. doi:10.1088/1367-2630/8/5/075
  5. 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
  6. David P. DiVincenzo, 1995. Quantum computation. Science. 270: 255–261. doi:science.270.5234.255
  7. Bouwmeester D, Pan J-W, Mattle K, Eibl M, Weinfurter H and Zeilinger A, 1997. Experimental quantum teleportation. Nature. 390: 575–579. doi:10.1038/37539
  8. Grier D G, 2003. A revolution in optical manipulation. Nature. 424: 810–816. doi:10.1038/nature01935
  9. Skab I, Vasylkiv Yu, Zapeka B, Savaryn V and Vlokh R, 2011. Appearance of singularities of optical fields under torsion of crystals containing threefold symmetry axes. J. Opt. Soc. Amer. A. 28: 1331–1340. doi:10.1364/JOSAA.28.001331
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. Vasylkiv Yu, Krupych O, Skab I and Vlokh R. 2011. On the spin-to-orbit momentum conversion operated by electric field in optically active Bi12GeO20 crystals. Ukr. J. Phys. Opt. 12: 171–179. doi:10.3116/16091833/12/4/171/2011
  14. Vasylkiv Yu, Skab I and Vlokh R, 2014. Double-charged optical vortices generation on the basis of electrooptic Kerr effect. Appl. Opt. 53: B60–B73. doi:10.1364/AO.53.000B60
  15. Vasylkiv Yu, Skab I and Vlokh R, 2014. Crossover regime of optical vortices generation via elec-tro-optic nonlinearity: the problem of optical vortices with the fractional charge generated by crystals. J. Opt. Soc. Amer. A. 31: 1936–1945. doi:10.1364/JOSAA.31.001936
  16. 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