Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Acoustic, elastic and acoustooptic properties of Tl3AsSe3 crystals: acoustic isotropic point

Martynyuk-Lototska I., Mys O., Zapeka B., Solomon A. M., Kokhan O. and Vlokh R.

Download this article

Abstract. We have experimentally studied acoustic wave (AW) velocities in Tl3AsSe3 crystals. Basing on these results, the matrices of elastic stiffness and compliance coefficients are obtained and the cross sections of the AW velocity surfaces by the principal crystallographic planes are constructed. We have revealed a phenomenon termed as an acoustic isotropic point. We have found that, at the room temperature and the AW frequency equal to 10 MHz, the Tl3AsSe3 crystals are close to the conditions of acoustic isotropy, which are analogous to the isotropic point known in crystal optics. Namely, the cross sections of the AW velocity surfaces under these conditions are almost circular and the difference between the velocities of transverse AWs with mutually orthogonal polarizations is very small. Then the specific relations among the elastic stiffness tensor components hold true, which are peculiar for the isotropic glass materials: C11C33, C12C13, C44C66(C11 – C12)/2, and C140. We have revealed that the Tl3AsSe3 crystals exhibit very small obliquity of the acoustic energy flow with respect to the wave vector of the AW, as well as negligibly small angles of deviation of acoustic polarization from the purely transverse or longitudinal types. The acoustooptic figures of merit calculated for the interaction of waves propagating close to the principal crystallographic axes are as high as 3068×10–15 and 3262×10–15 s3/kg, respectively for the isotropic and anisotropic types of acoustooptic interactions.

Keywords: acoustic wave velocities, elastic stiffness, elastic compliance, acoustic anisotropy, acoustooptics

PACS: 42.79.Jq, 43.35.Sx
UDC: 535.012.2+535.42+534.321.9
Ukr. J. Phys. Opt. 16 178-186
doi: 10.3116/16091833/16/4/178/2015
Received: 16.10.2015

Анотація. У роботі експериментально визначено швидкості поширення акустичних хвиль у кристалах Tl3AsSe3. На основі цих результатів одержано матриці коефіцієнтів жорсткості і податливості, а також побудовано перетини поверхонь швидкостей акустичних хвиль головними кристалографічними площинами. Нами було виявлене явище, так званої, акустичної ізотропної точки. Було встановлено, що кристали Tl3AsSe3 при кімнатній температурі і частоті акустичних хвиль 10 MГц перебувають при умовах близьких до акустичної ізотропної точки – ефекту, який є аналогічним до ефекту ізотропної точки в кристалооптиці. Перетини поверхонь швидкостей акустичних хвиль в кристалах Tl3AsSe3 є майже коловими, а різниця між швидкостями поширення поперечних хвиль з ортогональною поляризацією є дуже малою. При цьому співвідношення між компонентами тензора пружних модулів є наступними: C11C33, C12C13, C44C66(C11 – C12)/2 і C140. Виявлено, що кристали Tl3AsSe3 проявляють досить малий знос потоку енергії акустичних хвиль відносно хвильового вектора і нехтувано малий кут відхилення стану поляризації від чисто поперечного і поздовжнього типу. Розраховані значення коефіцієнтів акустооптичної якості для взаємодії хвиль, які поширюються у напрямках близьких до головних кристалографічних осей є досить великими і досягають значень 3068×10–15с3/кг and 3262×10–15с3/кг для ізотропної і анізотропної  взаємодії, відповідно. 
REFERENCES
  1. Ewbank M D, Kowalczyk S P, Kraut E A and Harrison W A, 1981. Electronic structure of T13AsSe3. Phys. Rev. B. 24: 926–934. doi:10.1103/PhysRevB.24.926
  2. Feichtner J D and Roland G W, 1972. Optical properties of a new nonlinear optical material: Tl3AsSe3. Appl. Opt. 11: 993–998. doi:10.1364/AO.11.000993
  3. Hong H Y-P, Mikkelsen J C Jr and Roland G W, 1974. Crystal structure of Tl3AsSe3. Mat. Res. Bull. 9: 365–370. doi:10.1016/0025-5408(74)90203-7
  4. Gottlieb M, Isaacs T J, Feichtner J D, and Roland G W, 1974. Acousto-optic properties of some chalcogenide crystals. J. Appl. Phys. 45: 5145–5151. doi:10.1063/1.1663207
  5. Gorobets V A, Petukhov V O, Tochitski S Ya and Churakov V V, 1999. Studies of nonlinear optical characteristics of IR crystals for frequency conversion of TEA-CO2 laser radiation. J. Opt. Technol. 66: 53–57. doi:10.1364/JOT.66.000053
  6. Suhre D R, 1991. Efficient second harmonic generation in Tl3AsSe3 using focused CO2 laser radiation. Appl. Phys. 52: 367–370. doi:10.1007/BF00325151
  7. Kahler D, Singh N B, Knuteson D J, Wagner B, Berghmans A, McLaughlin S, King M, Schwartz K, Suhre D and Gotlieb M, 2011. Performance of novel materials for radiation detection: Tl3AsSe3, TlGaSe2, and Tl4HgI6. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A. 652: 183–185. doi:10.1016/j.nima.2010.09.057
  8. Singh N B, Denes L J, Gottlieb M and Mazelsky R, 1988. Growth and characterization of large TI3AsSe3 crystals for collinear AOTF devices. J. Cryst. Growth. 92: 13–16. doi:10.1016/0022-0248(88)90426-5
  9. Muzzy J P, Ryan F M and Singh N B, 1990. The manufacturing of Tl3AsSe3 crystals for acousto-optic tunable filters. Mat. Sci. Forum. 61: 19–28. doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.61.19
  10. Feichtner J D, Gottlieb M and Conroy J J, 1979. TI3AsSe3 noncollinear acousto-optic filter operation at 10 µm. Appl. Phys. Lett. 34: 1–3. doi:10.1063/1.90583
  11. Handbook of optics. Volume II. Devices, measurements, and properties. Ed. by M. Bass, Ch. 12. Chang I C, Acousto-optic devices and applications. New-York: McGraw-Hill, Inc. (1995). 
  12. Chang I C and Katzka P, 1977. Acousto-optic properties of chalcogenide compounds. IEEE Ultrason. Symp. Proc. 511–514.
  13. Ewbank M D, Newman P R, Mota N L, Lee S M, Wolfe W L, DeBell G and Harrison W A, 1980. The temperature dependence of optical and mechanical properties of Tl3AsSe3. J. Appl. Phys. 51: 3848–3852. doi:10.1063/1.328128
  14. Papadakis E, 1967. Ultrasonic phase velocity by the pulse-echo-overlap method incorporating diffraction phase corrections. J. Acoust. Soc. Amer. 42: 1045–1051. doi:10.1121/1.1910688
  15. Sirotin Yu I and Shaskolskaya M P, Fundamentals of crystal physics. Moscow: Nauka (1979).
  16. Ohmachi Y, Uchida N and Niizeki N, 1972. Acoustic wave propagation in TeO2 single crystals. J. Acoust Soc. Amer. 51: 164–168. doi:10.1121/1.1912826
  17. Balakshyi V I, Parygin V N and Chirkov L E, Physical principles of acousto-optics. Moscow: Radio i Svyaz (1985).
  18. Hobden M V, 1967. Optical activity in a non-enantiomorphous crystal silver gallium sulphide. Nature. 216: 678. doi:10.1038/216678a0
  19. Suslikov L M, Slivka V Yu and Lisitsa M P, Solid state optical filters basing on gyrotropic crystals, Kyiv: Interpres Ltd. (1998).
  20. Vlokh O G, Spatial dispersion phenomena in parametric crystal optics. Lviv: Vyshcha Shkola (1984).
  21. Mys O, Kostyrko M, Krupych O and Vlokh R, 2015. Anisotropy of the acoustooptic figure of merit for LiNbO3 crystals: isotropic diffraction. Appl. Opt. 54: 8176–8186. doi:10.1364/AO.54.008176
  22. Mys O, Kostyrko M and Vlokh R, 2015. Anisotropy of acoustooptic figure of merit of LiNbO3 crystals: anisotropic diffraction. Appl. Opt. (to be published). doi:10.1364/AO.54.008176
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics