Ukrainian Journal of Physical Optics


2023 Volume 24, Issue 1


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

Influence of Faraday elliptical birefringence on the acousto-optic diffraction efficiency: a case of isotropic interaction with quasi-longitudinal acoustic waves in KH2PO4 crystals

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

O.G. Vlokh Institute of Physical Optics, 23 Dragomanov Street, 79005 Lviv, Ukraine, vlokh@ifo.lviv.ua

ABSTRACT

It is shown for the first time that acousto-optic efficiency can be enhanced by the magnetic field-induced ellipticity of optical eigenwaves due to a Faraday effect. We find that the acousto-optic figure of merit for KH2PO4 crystals can be increased about two times when a magnetic field is applied along the optic axis and the incident and diffracted optical waves propagate along the directions close to the optic axis with the polarizations being the same as the magnetically induced polarizations of elliptical eigenwaves. We also analyze the angular behaviour of the peaks of effective elasto-optic coefficients and their full-width half maximums with changing magnetic field. Our results demonstrate that it is possible to control the efficiency of the acousto-optic Bragg diffraction using the magnetic field. The magnetic field needed for enhancing the acousto-optic figure of merit depends on the Faraday-tensor component of a material.

Keywords: acousto-optics, Faraday effect, ellipticity of eigenwaves, diffraction efficiency, KH2PO4 crystals

UDC: 535.43, 535.551, 535.562, 534-16

    1. Brillouin L, 1922. Diffusion de la lumière et des rayons X par un corps transparent homogène. Influence de l'agitation thermique. Ann. Phys. 9: 88-122. doi:10.1051/anphys/192209170088
    2. Debye P and Sears FW, 1932. On the scattering of light by supersonic waves. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 18: 409-414. doi:10.1073/pnas.18.6.409
    3. Sirotin Yu I and Shaskol'skaya M P. Fundamentals of Crystal Physics. Moscow: Mir Publishers, 1982.
    4. Magdich L N and Molchanov V Ya. Acoustooptic Devices and Their Applications. New York: Gordon and Breach Science Publ., 1989.
    5. Balakshy V I, Parygin V N and Chirkov L E, Physical Principles of Acousto-Optics. Moscow: Radio & Svyaz, 1985.
    6. Bei Ling, Dennis G I, Miller H M, Spaine T W and Carnahan J W, 2004. Acousto-optic tunable filters: fundamentals and applications as applied to chemical analysis techniques. Progr. Quant. Electron. 28: 67-87. doi:10.1016/S0079-6727(03)00083-1
    7. Krupych O, Adamenko D, Kostyrko M and Vlokh R, 2020. Anisotropy of acousto-optic figure of merit for the case of a Bragg-diffracted wave propagating along an optic axis in optically biaxial crystals: Tl3AsS4 crystals. Appl. Opt. 59: 4022-4029. doi:10.1364/AO.391267
    8. 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
    9. Yano T and Watanabe A, 1974. Acousto-optic figure of merit of TeO2 for circularly polarized light. J. Appl. Phys. 45: 1243-1245. doi:10.1063/1.1663396
    10. Kurpeychik M I and Balakshy V I, 2018. Peculiarities of acousto-optic interaction in biaxial crystal of alpha-iodic acid. Appl. Opt. 57: 5549-5555. doi:10.1364/AO.57.005549
    11. Mys O, Kostyrko M, Adamenko D, Martynyuk-Lototska I, Skab I and Vlokh R, 2022. Effect of ellipticity of optical eigenwaves on the enhancement of efficiency of acousto-optic Bragg diffraction. A case of optically active Pb5Ge3O11 crystals. AIP Adv. 12: 055130. doi:10.1063/5.0090489
    12. Pyle J R, 1966. Laser modulation using linear electro-optic crystals. Tech. Note PAD 125, 35 p. NASA N67-27128.
    13. Avakyants L P, Kiselev D F, Perelomova N V and Sugrej V I, 1983. Elastooptics of KH2PO4, KD2PO4 and Rb2PO4. Fiz. Tverd. Tela. 25: 580-582.
    14. Price W J and Huntington H B, 1950. Acoustical properties of anisotropic materials. J. Acoust. Soc. Amer. 22: 32-37. doi:10.1121/1.1906571
    15. Bystrova T G and Fedorov F I, 1968. Debye temperatures of tetragonal and trigonal crystals. Sov. Phys.: Crysallogr. 12: 493-498.
    16. Koralewski M, 1981. Dispersion of the Faraday rotation in KDP-type crystals by pulse high magnetic field. Phys. Stat. Sol. A. 65: K49-K53. doi:10.1002/pssa.2210650157

    Вперше показано, що акустооптичну ефективність можна підвищити за рахунок індукованої магнітним полем еліптичності оптичних власних хвиль внаслідок ефекту Фарадея. Ми виявили, що акустооптичну ефективність кристалів KH2PO4 можна збільшити приблизно вдвічі, якщо прикласти магнітне поле вздовж оптичної осі, падаюча та дифрагована оптичні хвилі поширюються вздовж напрямків, близьких до оптичної осі, а їхні поляризації є такими ж, як магнітоіндукована поляризація еліптичних власних хвиль. Також проаналізовано кутову поведінку піку ефективних пружнооптичних коефіцієнтів та його повної ширини на половині максимуму зі зміною магнітного поля. Наші результати демонструють, що ефективністю акустооптичної дифракції Брегга можна керувати за допомогою магнітного поля. Магнітне поле, необхідне для підвищення акустооптичної ефективності, залежить від компонента тензора Фарадея даного матеріалу.

    Ключові слова: акустооптика, ефект Фарадея, еліптичність власних хвиль, дифракційна ефективність, кристали KH2PO4

Free download this article 

© Ukrainian Journal of Physical Optics ©