Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Anisotropy of acousto-optic figure of merit for the collinear diffraction of circularly polarized optical waves at the wavelength of isotropic point in AgGaS2 crystals

Mys O., Adamenko D., Skab I. and Vlokh R.

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

Download this article

Abstract. We analyze anisotropy of acousto-optic figure of merit for a special case of collinear acousto-optic interactions between circularly polarized optical eigenwaves. These interactions take place in an optically active AgGaS2 at the wavelength of a so-called isotropic point. The anisotropy of acoustic properties of the AgGaS2 crystals is scrutinized and the cross sections of acoustic-wave velocity surfaces are obtained. We show that the acoustic walk-off angle reaches ~ 36 deg inside the crystallographic planes, while the non-orthogonality of polarization of the acoustic waves remains small and does not exceed ~ 7 deg in the principal planes. Theoretical relations for the effective elasto-optic coefficients are obtained for the case of collinear diffraction. The maximal acousto-optic figure of merit, 0.9×10–15 s3/kg, is reached when the interacting waves propagate at the angles 42, 138, 222 or 318 deg with respect to the a (b) axis in the ac (bc) plane. When the collinear acousto-optic diffraction is considered and the case of so-called acousto-gyration diffraction is disregarded, the angular momentum of circularly polarized photons can be transferred only into mechanical angular momentum of a crystalline sample.. 

Keywords: collinear acousto-optic diffraction, circularly polarized waves, isotropic point, optical activity, AgGaS2 crystals

UDC: 535.42+535.56
Ukr. J. Phys. Opt. 20 73-80
doi: 10.3116/16091833/20/2/73/2019 
Received: 23.04.2019

Анотація. Проаналізовано анізотропію коефіцієнта акустооптичної якості для колінеарних акустооптичних взаємодій між циркулярно поляризованими власними оптичними хвилями. Ці взаємодії мають місце в оптично активних кристалах AgGaS2 на довжині хвилі так званої ізотропної точки. Досліджено анізотропію акустичних властивостей AgGaS2 і одержано перерізи поверхонь швидкостей акустичних хвиль. Показано, що кут акустичного зносу в кристалографічних площинах досягає ~ 36 град, а неортогональність поляризації акустичних хвиль залишається малою і не перевищує ~ 7 град. Одержано теоретичні співвідношення для ефективних пружнооптичних коефіцієнтів для випадку колінеарної дифракції. Максимальний коефіцієнт акустооптичної якості (0,9×10–15 с3/кг) досягаємо, коли взаємодіючі хвилі поширюються під кутами 42, 138, 222 або 318 град до осі a (b) у площині ac (bc). Якщо розглядати колінеарну акустооптичну дифракцію та виключити випадок так званої акустогіраційної дифракції, то момент імпульсу циркулярно поляризованих фотонів можна перетворити тільки на механічний момент імпульсу кристалічного зразка.
 
REFERENCES
  1. Mys O, Martynyuk-Lototska I, Pogodin A, Dudok T, Adamenko D, Krupych O, Skab I and Vlokh R, 2019. Acousto-optic interaction between circularly polarized optical eigenwaves. Example of AgGaS2 crystals. Appl. Opt. (submitted for publication).
  2. Wiberg K B, Wang Y, Murphy M J and Vaccaro P H, 2004. Temperature dependence of optical rotation: α-pinene, β-pinene pinane, camphene, camphor and fenchone. J. Phys. Chem A. 108: 5559-5563. doi:10.1021/jp040085g
  3. Muller T, Wiberg K B and Vaccaro P H, 2000. Cavity ring-down polarimetry (CRDP): a new scheme for probing circular birefringence and circular dichroism in the gas phase. J. Phys. Chem. A. 104: 5959-5968. doi:10.1021/jp000705n
  4. Gray F, 1916. The optical activity of liquids and gases. Phys. Rev. 7: 472-488. doi:10.1103/PhysRev.7.472
  5. Kobayashi J, Asahi T, Ichiki M and Oikawa A, 1995. Optical activity of solid polymers. Ferroelectrics. 171: 69-94. doi:10.1080/00150199508018423
  6. Kizel V A and Burkov V I. Gyrotropy of crystals. Moscow: Nauka (1980).
  7. Vlokh O G. Spatial dispersion phenomena in parametric crystal optics. Lviv: Vyshcha Shkola (1984).
  8. Vlokh R O, Parkhomenko O V, Pyatak Yu A and Skab I P, 1990. Anisotropy of refraction of the circular polarized waves in gyrotropic crystals. Ukr. Fiz. Zhurn. 35: 680-682.
  9. Vlokh R, Pyatak Y and Skab I, 1992. The refraction anisotropy and the interference of the circularly polarized optical waves in gyrotropic crystals. Ferroelectrics. 126: 243-246. doi:10.1080/00150199208227067
  10. Hobden M V, 1968. Optical activity in a non-enantiomorphous crystal: AgGaS2. Acta Cryst. A. 24: 676-680. doi:10.1107/S0567739468001440
  11. Grimsditch M H and Holah G D, 1975. Brillouin scattering and elastic moduli of silver thiogallate (AgGaS2). Phys. Rev. B. 12: 4377-4382. doi:10.1103/PhysRevB.12.4377
  12. Sirotin Yu I and Shaskolskaya M P. Fundamentals of crystal physics. Moscow: Mir (1982).
  13. 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
  14. Shaskolskaya M P. Acoustic crystals. Moscow: Nauka (1982).
  15. 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
  16. 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
  17. Skab I and Vlokh R, 2012. Spin-to-orbit conversion at acousto-optic diffraction of light: conservation of optical angular momentum. Appl. Opt. 51: C22-C26. doi:10.1364/AO.51.000C22
  18. 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
  19. Martynyuk-Lototska I Yu, Mys O G, Akimov S V, Krupych O M and Vlokh R O, 2010. Acoustogyration diffraction of optical waves: case of SiO2 and TeO2 crystals. Opto-Electron. Rev. 18: 137-149. doi:10.2478/s11772-010-0014-y
  20. Skab I and Vlokh R, 2012. On the conservation of optical angular momentum at acoustogyration diffraction of light. Ukr. J. Phys. Opt. 13: 1-3. doi:10.3116/16091833/13/1/1/2012
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics