Ukrainian Journal of Physical Optics


2024 Volume 25, Issue 4


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

POLARIZATION OF THE DIFFRACTED OPTICAL WAVE IN THE CRYSTALS WITH CIRCULAR OPTICAL BIREFRINGENCE AND EFFICIENCY OF ACOUSTO-OPTIC INTERACTION ASSOCIATED WITH CIRCULARLY POLARIZED OPTICAL WAVES IN THE OPTICALLY ACTIVE CRYSTALS OF CUBIC SYSTEM

O. Mys, M. Kostyrko and R. Vlokh


ABSTRACT

The influence of the optical eigenwaves' polarization in the acousto-optic (AO) interaction in the optically active cubic crystals is analyzed in the present work on the example of cubic, optically active NaClO3 crystals. It has been shown that when the incident optical wave is circularly polarized, the effective elasto-optic (EO) coefficient and AO figure of merit increase almost two times while the surfaces of these parameters undergo inflation compared with those manifested in the interaction of the linearly polarized optical waves. It has been found that six isotropic types of AO interaction are reduced to three types, i.e., the sign of the circular polarization does not affect the relation for the effective EO coefficient. Moreover, in this case, the relations for effective EO coefficients for the anisotropic AO interactions are the same as for isotropic types with respective AWs. We have shown that two approaches we recently developed, based on considering the ellipticity of optical eigenwaves and extraction of the circular polarization from the elliptical polarization state, agree when the diffracted optical wave's polarization is not considered. It has been found that in the presence of circular birefringence in the case when the polarization of the incident optical wave corresponds to the polarization of the eigenwave, the polarization of the diffracted optical wave is not necessarily the same as the polarization of the eigenwave, which corresponds to the phase-matching conditions. In the last case, the polarization of the diffracted wave is determined by the ratio between EO tensor components, which are included in the effective EO coefficient. In general, this polarization is elliptical and not the same as the polarization of the eigenwave.

Keywords: acousto-optic diffraction, acousto-optic figure of merit, effective elasto-optic coefficient, optical activity, circular polarization, polarization of the diffracted optical wave

UDC: 535.4, 534.2

    1. Magdich, L. N. (1989). Acoustooptic devices and their applications. CRC Press.
    2. 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), 055130.
      doi:10.1063/5.0090489
    3. 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
    4. 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
    5. 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
    6. 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. Applied Optics, 58(22), 6012-6018.
      doi:10.1364/AO.58.006012
    7. Mys, O., Krupych, O., Martynyuk-Lototska, I., Orykhivskyi, I., Kostyrko, M. and 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
    8. Karppinen, M. (2024). Origin of Optical Activity in Cubic NaClO3 and NaBrO3 Crystals at 296K. European Journal of Applied Sciences, 12(1), 174-184.
      doi:10.14738/aivp.121.16257
    9. Chandrasekhar, S., & Madhava, M. S. (1967). Optical rotatory dispersion of crystals of sodium chlorate and sodium bromate. Acta Crystallographica, 23(6), 911-913.
      doi:10.1107/S0365110X67004049
    10. Narasimhamurty, T. S. (1954, October). Photoelastic studies of optically active crystals: NaClO3 and NaBrO3. In Proceedings of the Indian Academy of Sciences-Section A (Vol. 40, pp. 167-175). Springer India.
      doi:10.1007/BF03048715
    11. Belomestnykh, V. N., & Ul'Yanov, V. L. (1992). Temperature dependence of the moduli of elasticity of NaClO3 and NaBrO3 single crystals. Russian Physics Journal, 35(12), 1134-1139.
      doi:10.1007/BF00559364
    12. Michael Bass, Carolyn MacDonald, Guifang Li, Casimer M. DeCusatis, Virendra N. Mahajan, (2010). Handbook of Optics, Volume V: Atmospheric Optics, Modulators, Fiber Optics, X-Ray and Neutron Optics. McGraw-Hill, Inc.
    13. Chandrasekhar, S., & Madhava, M. S. (1969). Optical rotatory dispersion of a mixed crystal of sodium chlorate-sodium bromate. Materials Research Bulletin, 4(8), 489-493.
      doi:10.1016/0025-5408(69)90107-X
    14. 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. Applied Optics, 57(28), 8320-8330.
      doi:10.1364/AO.57.008320
    15. Azzam, R. M. A. and Bashara, N. M. (1977). Ellipsometry and polarized light. North Holland Publishing Company.

    У роботі проаналізовано вплив поляризації власних оптичних хвиль на акустооптичну (АО) взаємодію в оптично активних кубічних кристалах на прикладі кубічних оптично активних кристалів NaClO3. Показано, що при циркулярній поляризації падаючої оптичної хвилі ефективний пружнооптичний (ПО) коефіцієнт і коефіцієнт АО якості збільшуються майже вдвічі, а поверхні цих параметрів зазнають здуття порівняно з тими, що проявляються при взаємодії лінійно поляризованих оптичних хвиль. Встановлено, що шість ізотропних типів АО взаємодії зводяться до трьох типів, тобто знак кругової поляризації не впливає на співвідношення для ефективного ЕО коефіцієнта. Крім того, у цьому випадку співвідношення для ефективних ЕО коефіцієнтів для анізотропних АО взаємодій є такими ж, як і для ізотропних типів з відповідними акустичними хвилями. Показано, що два підходи, які ми нещодавно розробили, засновані на розгляді еліптичності оптичних власних хвиль і на виділенні кругової поляризації зі стану еліптичної поляризації, узгоджуються, коли не враховується поляризація дифрагованої оптичної хвилі. Встановлено, що за наявності циркулярного двозаломлення у випадку, коли поляризація падаючої оптичної хвилі відповідає поляризації власної хвилі, поляризація дифрагованої оптичної хвилі не обов’язково збігається з поляризацією власної хвилі, що вiдповiдає умовам синхронiзму. В останньому випадку поляризація дифрагованої хвилі визначається співвідношенням між компонентами ЕО тензора, які входять в ефективний ЕО коефіцієнт. Загалом, ця поляризація є еліптичною і не збігається з поляризацією власної хвилі.

    Ключові слова: акустооптична дифракція, коефіцієнт акустооптичної якості, ефективний пружнооптичний коефіцієнт, оптична активність, кругова поляризація, поляризація дифрагованої оптичної хвилі


© Ukrainian Journal of Physical Optics ©