Ukrainian Journal of Physical Optics 

Krupych O., Kostyrko M., Adamenko D., Skab I. and Vlokh R.

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

Download this article

Abstract. We analyze acousto-optic interactions for the case when a divergent diffracted optical beam propagates along one of the optic axes in biaxial crystals. We demonstrate that the diffracted beam reveals a specific spatial distribution of polarization states and transfers an optical vector-vortex field. It can be referred to as an optical vector-vortex beam with inseparable polarization and spatial states. At least intra-system entanglement occurs between different degrees of freedom, which are represented by the spin and orbit angular momentums in our case. The spatial orientation of the beam can be controlled while changing the angle between the optic axes. This is achieved by tuning the wavelength of optical radiation and the acoustic wave frequency. We have performed basic calculations using a particular example of optically biaxial triglycine sulfate crystals and assuming that the initial acoustic wave frequency amounts to 50 MHz and the light wavelength changes from 400 to 675 nm. Then the resulting acoustic frequency can increase up to 133 MHz for the longitudinal acoustic mode and 93 MHz or 89 MHz for the two transverse modes. In other words, one can build a generator of optical vortices and operate their spatial orientation, using triglycine sulfate.

Keywords: optical vortex operation, vector vortex field, biaxial crystals, quantum entanglement

UDC: 535.52, 621.37
Ukr. J. Phys. Opt. 21 1-7
doi: 10.3116/16091833/21/1/1/2020
Received: 22.01.2020

Анотація. В роботі проаналізовано акустооптичну взаємодію для випадку, коли розбіжний дифрагований оптичний промінь поширюється вздовж однієї з оптичних осей двовісних кристалів. Показано, що такий дифрагований промінь має розподіл станів поляризації, переносить оптичне векторне вихрове поле і може бути віднесений до оптичного векторного вихрового променя з нероздільною поляризацією та просторовими станами та з щонайменше внутрішньо-системною заплутаністю між різними ступенями вільності, тобто спіновим і орбітальним моментом імпульсу. Показано, що просторовим положенням такого променя можна керувати зміною кута між оптичними осями, налаштовуючи довжину хвилі оптичного випромінювання та частоту акустичної хвилі. На прикладі двовісного кристала тригліцин сульфату було встановлено, що для початкової частоти акустичної хвилі 50 МГц при зміні довжини світлової хвилі від 400 нм до 675 нм частота акустичної хвилі зросте приблизно до 133 МГц для поздовжньої акустичної моди і до 93 МГц і 89 МГц для поперечних мод, відповідно. Таким чином, на основі кристала ТГС можна реалізувати генератор оптичних вихорів з керуванням їх просторовим положенням.