Ukrainian Journal of Physical Optics


2024 Volume 25, Issue 3


ISSN 1609-1833 (Print)

Enhancement of the Efficiency of Acousto-Optic Diffraction Due to the Ellipticity of Eigen Optical Waves, Caused by the Electro-Gyration Effect in Lead Germanate Crystals

O. Mys, D. Adamenko and R. Vlokh

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

ABSTRACT

It has been shown for the first time that the electric field can enhance the acousto-optic (AO) figure of merit due to the induced ellipticity of eigenwaves through the electro-gyration effect. As a result of the analysis, we have revealed that for the isotropic types of interaction, the increasing of the strength of the electric field results in the broadening of the full width at half maximum (FWHM) of the peak of the AO figure of merit, while almost does not affect the maximal value of this peak. The FWHM of the peak of the AO figure of merit tends to saturation with increasing electric field strength. For anisotropic types of diffraction, the peak of the AO figure of merit is not observed, but with increasing the electric field strength, the surface of the AO figure of merit is expanded.

Keywords: acousto-optic diffraction, acousto-optic figure of merit, effective elasto-optic coefficient, electro-gyration, optical activity, ellipticity of eigen optical waves

UDC: 535.4, 534.2

    1. Magdich, L. N. (1989). Acoustooptic devices and their applications. CRC Press.
    2. Mys, O., Krupych, O., & Vlokh, R. (2016). Anisotropy of an acousto-optic figure of merit for NaBi(MoO4)2 crystals. Applied Optics, 55(28), 7941-7955. doi:10.1364/AO.55.007941
    3. Mys, O., Adamenko, D., Krupych, O., & 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. Applied Optics, 57(28), 8320-8330. doi:10.1364/AO.57.008320
    4. Mys, O., Krupych, O., Martynyuk-Lototska, I., Orykhivskyi, I., Kostyrko, M., & Vlokh, R. (2021). Types of acousto-optic interactions between acoustic and circularly polarized optical waves: case of Pb5Ge3O11 crystals. Applied Optics, 60(10), 2846-2853. doi:10.1364/AO.421231
    5. Andrushchak, A. S., Chernyhivsky, E. M., Gotra, Z. Y., Kaidan, M. V., Kityk, A. V., Andrushchak, N. A., Maksymyuk, T. A., Mytsyk, B. G. & Schranz, W. (2010). Spatial anisotropy of the acousto-optical efficiency in lithium niobate crystals. Journal of Applied Physics, 108(10). doi:10.1063/1.3510518
    6. Buryy, O., Andrushchak, N., Ratych, A., Demyanyshyn N., Mytsyk B., and Andrushchak A. (2017). Global maxima for the acousto-optic effect in SrB4O7 crystals. Applied Optics, 56(7), 1839-1845. doi:10.1364/AO.56.001839
    7. Zyuryukin, Y. A., Zavarin, S. V., & Yulaev, A. N. (2009). Characteristic features of wideband anisotropic light diffraction in lithium-niobate crystal by a longitudinal acoustic wave. Optics and Spectroscopy, 107, 152-156. doi:10.1134/S0030400X09070224
    8. Mys, O., Kostyrko, M., Adamenko, D., Martynyuk-Lototska, I., Skab, I., & 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 Advances, 12(5). doi:10.1063/5.0090489
    9. Mys, O., Adamenko, D., & Vlokh, R. (2023). Enhancement of acousto-optic diffraction efficiency in SiO2 crystals due to ellipticity of optical eigenwaves: isotropic acousto-optic interaction. Ukrainian Journal of Physical Optics, 24(2), 124-134. doi:10.3116/16091833/24/2/124/2023
    10. Mys, O., Adamenko, D., & Vlokh, R. (2023). Increase in the acousto-optic figure of merit in SiO2 crystals due to optical activity. Anisotropic acousto-optic interactions. Ukrainian Journal of Physical Optics, 24(3), 262-275. doi:10.3116/16091833/24/3/262/2023
    11. Mys, O., Adamenko, D., & Vlokh, R. (2023). Influence of Faraday elliptical birefringence on the acousto-optic diffraction efficiency: a case of isotropic interaction with quasi-longitudinal acoustic waves in KH2PO4 crystals. Errata. Ukrainian Journal of Physical Optics, 24(4), 04087-04087. doi:10.3116/16091833/24/4/04073/2023
    12. Iwasaki, H., Miyazawa, S., Koizumi, H., Sugii, K., & Niizeki, N. (1972). Ferroelectric and optical properties of Pb5Ge3O11 and its isomorphous compound Pb5Ge2SiO11. Journal of Applied Physics, 43(12), 4907-4915. doi:10.1063/1.1661044
    13. Dougherty, J. P., Sawaguchi, E., & Cross, L. E. (1972). Ferroelectric Optical Rotation Domains in Single‐Crystal Pb5 Ge3 O11. Applied Physics Letters, 20(9), 364-365. doi:10.1063/1.1654188
    14. Vlokh, O., Kushnir, O., & Shopa, Y. (1992). Gyrotropic properties of Pb5Ge3O11 ferroelectric crystals. Ferroelectrics, 126(1), 97-102. doi:10.1080/00150199208227042
    15. Adamenko, D. I., Vlokh, R. O. (2022). Critical exponents of the order parameter of diffuse ferroelectric phase transitions in the solid solutions based on lead germanate: studies of optical rotation. Condensed Matter Physics, 25(4), 43703. doi:10.5488/CMP.25.43703
    16. Iwasaki, H., & Sugii, K. (1971). Optical activity of ferroelectric 5PbO•3GeO2 single crystals. Applied Physics Letters, 19(4), 92-93. doi:10.1063/1.1653848
    17. Martynyuk-Lototska, I., Mys, O., Dudok, T., Mytsyk, B., Demyanyshyn, N., Kostyrko, M., Adamenko, D., Trubitsyn, M. & Vlokh, R. (2020). Experimental determination of full matrices of the piezo-optic and elasto-optic coefficients for Pb 5 Ge 3 O 11 crystals. Applied Optics, 59(22), 6717-6723. doi:10.1364/AO.398218
    18. Konstantinova, A. F., Grechushnikov, B. N., Bokut, B. V., & Valyashko, E. G. (1995). Opticheskie svoistva kristallov (Optical Properties of Crystals). Minsk: Navuka Tekhnika.

    В роботі вперше показано, що електричне поле може підвищити коефіцієнт акустооптичної (AO) якості завдяки індукованій еліптичності власних хвиль через ефект електрогірації. У результаті аналізу виявлено, що для ізотропних типів взаємодії напруженість електричного поля призводить до розширення ширини на піввисоті (ШПВ) піку коефіцієнта АО якості, тоді як вона майже не впливає на максимальне значення цього піку. ШПВ піку коефіцієнта AO якості прямує до насичення зі збільшенням напруженості електричного поля. Для анізотропних типів дифракції пік коефіцієнта АО якості не спостерігається, але зі збільшенням напруженості електричного поля поверхня цього коефіцієнта розширюється.

    Ключові слова: акустооптична дифракція, коефіцієнт акустооптичної якості, ефективний пружнооптичний коефіцієнт, електрогірація, оптична активність, еліптичність власних оптичних хвиль

Free download this article 

© Ukrainian Journal of Physical Optics ©