Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Anisotropy of acousto-optic figure of merit in tetragonal crystals with accounting for non-orthogonality of acoustic eigenwave polarizations. 
1. The cases of KH2PO4 and NH4H2PO4 crystals

Mys O., Kostyrko M., Adamenko D. and Vlokh R.

Vlokh Institute of Physical Optics, 23 Dragomanov Street, 79005 Lviv, Ukraine

Download this article

Abstract. In the present work we derive analytical relations for the effective elasto-optic coefficients with accounting for the non-orthogonality of polarizations of the acoustic waves (AWs) in the crystals that belong to the symmetry groups  -42m, 4/mmm, 422 and 4mm. We analyze anisotropies of acousto-optic (AO) figure of merit (AOFM) for KH2PO4 and NH4H2PO4 crystals within their crystallographic planes, which are derived under conditions when the AW non-orthogonality effect is neglected by or accounted for. We find that consideration of the angle of AW non-orthogonality changes significantly the AOFM values. AO diffraction geometries corresponding to maximums of AOFM are obtained for all of the nine types of AO interactions, including those concerned with the collinear diffraction. We demonstrate that the principal AOFM maximum for NH4H2PO4 is equal to 10.0×10–15 s3/kg. It can be achieved at the type II of AO interactions with the quasi-longitudinal AW in the crystallographic plane ab. The highest AOFM value peculiar for the anisotropic AO diffraction in NH4H2PO4, 9.5×10–15 s3/kg, can be reached at the type IX of AO interactions with a so-called AW QT2 in the ac plane. Finally, the highest AOFM found for the case of collinear diffraction, 4.4×10–15 s3/kg, is also inherent to the NH4H2PO4 crystals. KH2PO4 is characterized by somewhat lower AOFM values.

Keywords: acousto-optic figure of merit, anisotropy, tetragonal crystals, KH2PO4, NH4H2PO4, non-orthogonality of acoustic wave polarization

PACS: 78.20.Hp, 42.79.Jq
UDC: 535.42, 535.012.2
Ukr. J. Phys. Opt. 19: 220-236
doi: 10.3116/16091833/19/4/220/2018
Received: 19.10.2018

Анотація. У роботі одержано аналітичні вирази для ефективних пружнооптичних коефіцієнтів з урахуванням неортогональності поляризації акустичних хвиль (АХ) у кристалах, що належать до груп симетрії -42m, 4/mmm, 422 і 4mm. Проаналізовано анізотропію коефіцієнта акустооптичної (АО) якості для кристалів KDP і ADP в кристалографічних площинах. Цю анізотропію одержано за умов, коли ефект неортогональності АХ знехтуваний або врахований. Показано, що належне врахування кута неортогональності АХ істотно змінює величину коефіцієнта акустооптичної якості. Встановлено геометрії АО-дифракції, для яких можна одержати максимальні значення коефіцієнта акустооптичної якості для всіх дев’яти типів АО-взаємодій, включаючи ті, що стосуються колінеарної дифракції. Продемонстровано, що найбільший максимум якості дорівнює 10,0×10–15 с3/кг і має місце для кристалів ADP. Його можна досягти для АО-взаємодій типу II із квазі-поздовжніми АХ у кристалографічній площині ab. Найвище значення коефіцієнта акустоптичної якості, характерне для анізотропної АО-дифракції в ADP, складає 9,5×10–15 с3/кг і досягається для АО-взаємодій типу IX із так званою АХ QT2 у площині ac. Нарешті, найвищий коефіцієнт якості для випадку колінеарної дифракції дорівнює 4,4×10–15 с3/кг і також властивий кристалам ADP.
 
REFERENCES
  1. Shaskolskaya M P. Acoustic crystals. Moscow: Nauka (1982).
  2. Yano T and Watanabe A, 1974. Acoustooptic figure of merit of TeO2 for circularly polarized light. J. Appl. Phys. 45: 1243–1245. doi:10.1063/1.1663396
  3. Vlokh R, Dyachok Ya, Krupych O, Burak Ya, Martunyuk-Lototska I, Andrushchak A and Adamiv V, 2003. Study of laser-induced damage of borate crystals. Ukr. J. Phys. Opt. 4: 101–104. doi:10.3116/16091833/4/2/101/2003
  4. Komatsu R, Sugawara T, Sassa K, Sarukura N, Liu Z, Izumida S, Segawa Y, Uda S, Fukuda T and Yamanouchi K, 1997. Growth and ultraviolet application of Li2B4O7 crystals: Generation of the fourth and fifth harmonics of Nd:Y3Al5O12 lasers. Appl. Phys. Lett. 70: 3492–3494. doi:10.1063/1.119210
  5. Martynyuk-Lototska I, Mys O, Dudok T, Adamiv V, Smirnov Y and Vlokh R, 2008. Acousto-optic interaction in α-BaB2O4 and Li2B4O7 crystals. Appl. Opt. 47: 3446– 3454. doi:10.1364/AO.47.003446
  6. Martynyuk-Lototska I, Mys O, Krupych O, Adamiv V, Burak Ya, Vlokh R and Schranz W, 2004. Elastic, piezooptic and acoustooptic properties of borate crystals (BaB2O4, Li2B4O7 and CsLiB6O10). Integrated Ferroelectrics. 63: 99–103. doi:10.1080/10584580490458801
  7. Krupych O, Mys O, Kryvyy T, Adamiv V, Burak Y and Vlokh R, 2016. Photoelastic properties of lithium tetraborate crystals. Appl. Opt. 55: 10457–10462. doi:10.1364/AO.55.010457
  8. Mys O, Krupych O and Vlokh R, 2018. Anisotropy of acousto-optic figure of merit in lithium tetraborate crystals. J. Mod. Opt. 65: 1486–1494. doi:10.1080/09500340.2018.1455906
  9. Coudreau S, Kaplan D and Tournois P, 2006. Ultraviolet acousto-optic programmable dispersive filter laser pulse shaping in KDP. Opt. Lett. 31: 1899–1901. doi:10.1364/OL.31.001899
  10. Dekemper E, Fussen D, Van Opstal B, Vanhamel J, Pieroux D, Vanhellemont F, Mateshvilia N, Franssens G, Voloshinov V, Janssen C and Elandaloussi H, 2014. ALTIUS: a spaceborne AOTF-based UV–VIS–NIR hyper-spectral imager for atmospheric remote sensing. Proc. SPIE. 9241: 92410L. doi:10.1117/12.2063937
  11. Gupta N and Voloshinov V, 2004. Hyperspectral imager, from ultraviolet to visible, with a KDP acousto-optic tunable filter. Appl. Opt. 43: 2752–2759. doi:10.1364/AO.43.002752
  12. Gupta N and Voloshinov V, 2014. Spectral characterization in deep UV of an improved imaging KDP acousto-optic tunable filter. J. Opt. 16: 035301–035310. doi:10.1088/2040-8978/16/3/035301
  13. Mys O, Krupych O and Vlokh R, 2017. Anisotropy of acoustooptic figure of merit in KH2PO4 crystals. Ukr. J. Phys. Opt. 18: 83–94. doi:10.3116/16091833/18/2/83/2017
  14. Mys O, Kostyrko M, Smyk M, Krupych O and Vlokh R, 2014. Anisotropy of acoustooptic figure of merit in optically isotropic media. Appl. Opt. 53: 4616–4627. doi:10.1364/AO.53.004616
  15. Mys O, Kostyrko M, Smyk M, Krupych O and Vlokh R, 2014. Anisotropy of acoustooptic figure of merit for TeO2 crystals. 1. Isotropic diffraction. Ukr. J. Phys. Opt. 15: 132–154. doi:10.3116/16091833/15/3/132/2014
  16. Mys O, Kostyrko M, Krupych O and Vlokh R, 2014. Anisotropy of acoustooptic figure of merit for TeO2 crystals. 2. Anisotropic diffraction. Ukr. J. Phys. Opt. 16: 38–60. doi:10.3116/16091833/16/1/38/2015
  17. Mys O, Krupych O and Vlokh R, 2016. Anisotropy of an acousto-optic figure of merit for NaBi(MoO4)2 crystals. Appl. Opt. 55: 7941–7955. doi:10.1364/AO.55.007941
  18. Mys O, Kostyrko M, Krupych O and Vlokh R, 2015. Anisotropy of the acousto-optic figure of merit for LiNbO3 crystals: Isotropic diffraction. Appl. Opt. 54: 8176–8186. doi:10.1364/AO.54.008176
  19. Mys O, Krupych O, Kostyrko M and Vlokh R, 2016. Anisotropy of acousto-optic figure of merit for LiNbO3 crystals: Anisotropic diffraction. Erratum. Appl. Opt. 55: 9823–9829. doi:10.1364/AO.55.009823
  20. Mys O, Adamenko D, Krupych O and 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. Appl. Opt. 57: 8320–8330. doi:10.1364/AO.57.008320
  21. Pyle J R, 1966. Laser modulation using linear electro-optic crystals. Techn. Note PAD. 125, p. NASA N67-27128.
  22. Marvin J. Handbook of optical materials. Boca Raton London, New York, Washington: Weber CRC Press LLC (2003).
  23. Price W J and Huntington H B, 1950. Acoustical properties of anisotropic materials. Acoust. Soc. Amer. J. 22: 32–37. doi:10.1121/1.1906571
  24. Avakyants L P, Kiselev D F, Perelomova N V and Sugrej V I, 1983. Elastooptics of KH2PO4, KD2PO4 and RbH2PO4. Fiz. Tverd. Tela. 25: 580–582.
  25. Balakshyi V I, Paryhyn V N and Chyrkov L E. Physical foundations of acoustooptics. Moscow: Radio and Communications (1985).
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics