Ukrainian Journal of Physical Optics


2022, Volume 23, Issue 1


ISSN 1816-2002 (Online), ISSN 1609-1833 (Print)

Elastic quasi-isotropy and acousto-optics of γ1-(Ga0.3In0.7)2Se3 crystals

1Martynyuk-Lototska I., 1Mys O., 1Adamenko D., 1Kostyrko M., 2Bereznyuk S., 3Solomon A., 2Pogodin A., 2Studenyak I. and 1Vlokh R.

1O.G. Vlokh Institute of Physical Optics, 23 Dragomanov Street, 79005 Lviv, Ukraine
2Uzhhorod National University, 3 Narodna Square, 88000 Uzhhorod, Ukraine
3Institute of Electron Physics, National Academy of Sciences of Ukraine, 21 Universytetska Str., 88017, Uzhhorod, Ukraine

ABSTRACT

We have studied experimentally acoustic-wave velocities and acousto-optic figure of merit (AOFM) for γ1-(Ga0.3In0.7)2Se3. All the components of elastic-stiffness and elastic-compliance tensors have been determined. From the viewpoint of elasticity, the crystals behave as almost isotropic solid-state medium. Namely, the components of elastic stiffnesses and compliances satisfy the approximate relations C11≈C33, S11≈S33, C44≈C66, S44≈S66, C12=(C11-C12)/2 and S66=2(S11-S12). The obliquity angles and the angles of polarization non-orthogonality are rather small for all the acoustic modes. The maximal AOFM determined at the isotropic diffraction is equal to M2=(38.6 ± 0.7)×10-15 s3/kg. Since the acoustic-wave slownesses and the elasto-optic coefficients pij determined by us are not high (e.g., |p11|=0.105 ± 0.014, |p13|= 0.072 ± 0.010 and |p12|= 0.09 ± 0.03), the main contribution into the AOFM arises from high refractive indices, which is typical for the spectral region close to optical absorption edge.

Keywords: γ1-(Ga0.3In0.7)2Se3crystals, acoustic-wave velocities, elastic stiffness, elastic compliance, elasto-optic coefficients, anisotropy
UDC: 535.4, 534.2

    1. Popović S, Čelustka B, Ružić-Toroš Ž and Broz D, 1977. X-ray diffraction study and semiconducting properties of the system Ga2Se3-In2Se3. Phys. Stat. Sol. (a). 41: 255-262. doi:10.1002/pssa.2210410131
    2. Kranjčec M, Studenyak I P and Azhniuk Yu M, 2005. Photoluminescence and optical absorption spectra of γ1-(GaxIn1-x)2Se3 mixed crystals. Phys. Stat. Sol. (b). 242: 2113-2120. doi:10.1002/pssb.200540073
    3. Kranjčec M, Čelustka B, Etlinger B and Desnica D, 1988. The indirect allowed optical transitions in (Ga0.3In0.7)2Se3. Phys. Stat. Sol. (a). 109: 329-336. doi:10.1002/pssa.2211090136
    4. Kranjeec M, Desnica D I, Celustka B, Borec A N, Kovacs Gy Sh, Hadmashy Z P, Suslikov L M and Studenyak I P, 1996. On some crystal-optic properties of γ1-(GaxInl-x)Se3 single crystals. Phys. Stat. Sol. (a). 153: 539-546. doi:10.1002/pssa.2211530229
    5. Ye J, Yoshida T, Nakamura Y and Nittono O, 1995. Optical activity in the vacancy ordered III2VI3 compound semiconductor (Ga0.3In0.7)2Se3. Appl. Phys. Lett. 67: 3066-3068. doi:10.1063/1.114866
    6. Kranjcec M, Dunja Desnica I, Studenyak I P, Celustka B, Borec A N, Yurkin I M and Kovacs Gy Sh, 1997. Acousto-optic modulator with a (Ga0.4In0.6)2Se3 monocrystal as the active element. Appl. Opt. 36: 490-493. doi:10.1364/AO.36.000490
    7. Studenyak I P, Kran'chets M, Suslikov L M and Kovach D Sh, 2003. Piezobirefringence in γ1-(GaxIn1-x)2Se3 single crystals. Opt. Spectrosc. 95 427-430. doi:10.1134/1.1613008
    8. Standards on piezoelectric crystals, 1949. In: Proc. IRE. 37(12): 1378-1395. doi:10.1109/JRPROC.1949.229975
    9. Papadakis E, 1967. Ultrasonic phase velocity by the pulse-echo-overlap method in-corporating diffraction phase corrections. J. Acoust. Soc. Amer. 42: 1045-1051. doi:10.1121/1.1910688
    10. 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
    11. Prawer S, Smith T and Finlayson T, 1985. The room temperature elastic behaviour of CsH2PO4. Aust. J. Phys. 38: 63-83. doi:10.1071/PH850063
    12. Martynyuk-Lototska I, Dudok T, Mys O, Grabar A and Vlokh R, 2019. Elasto-optic coefficients of Sn2P2S6 crystals as determined with Dixon-Cohen method. Ukr. J. Phys. Opt. 20: 54-59. doi:10.3116/16091833/20/2/54/2019
    13. Fedorov F I, Theory of elastic waves in crystals. New York: Springer-Verlag (2012).
    14. Boulanger Ph and Hayes M, 1998. Acoustic axes for elastic waves in crystals: theory and applications. Proc. R. Soc. Lond. A. 454: 2323-2346. doi:10.1098/rspa.1998.0261
    АНОТАЦІЯ. У цій роботі експериментально досліджено швидкості акустичних хвиль і коефіцієнт акустооптичної якості (КАОЯ) для кристалів γ1-(Ga0.3In0.7)2Se3. Визначено всі складові тензорів пружної жорсткості та пружної податливості. З точки зору пружності, кристали поводяться як майже ізотропне твердотільне середовище. А саме, складові пружних жорсткості та податливості задовольняють наближеним співвідношенням C11≈C33, S11≈S33, C44≈C66, S44≈S66, C12=(C11-C12)/2 і S66=2(S11-S12). Кути зносу акустичної енергії і неортогональності поляризації досить малі для всіх акустичних мод. Максимальний КАОЯ, визначений при ізотропній дифракції, дорівнює M2=(38.6 ± 0.7)×10-15 с3/кг. Оскільки визначені нами сповільнення акустичних хвиль і пружно-оптичні коефіцієнти pij незначні (наприклад, |p11|=0.105 ± 0.014, |p13|= 0.072 ± 0.010 and |p12|= 0.09 ± 0.03), то основний внесок до КАОЯ походить від високих показників заломлення, що характерно для спектрального діапазону, близького до оптичного краю поглинання.

    Ключові слова: кристали γ1-(Ga0.3In0.7)2Se3, швидкість акустичної хвилі, пружна жорсткість, пружна податливість, пружнооптичні коефіцієнти, анізотропія
Free download this article

© Ukrainian Journal of Physical Optics ©