Ukrainian Journal of Physical Optics 

Supplement 2, 2011

Home page

Other articles 

in this supplement
Generation of helical acoustic modes using anisotropic crystals
(download full version)

Mys O., Skab I., Martynyuk-Lototska I. and Vlokh R.

We have analysed a phenomenon of conical refraction for the acoustic waves on the example of trigonal  alpha-BaB2O4 and  beta-BaB2O4 crystals. Different types of manifestation of this conical refraction have been shown to appear in the alternative cases when the acoustic waves propagate along the symmetry-related acoustic axes or along any other acoustic axes. It has been shown that propagation along the acoustic axes of acoustic phonons with the spins equal to ±ħ should lead to spin-to-obit interaction, with the appearance of an orbital angular momentum and an acoustic vortex of the unit charge. We have also compared the peculiarities of dislocations of the phase front appearing for the acoustic waves propagating along the acoustic axes related to symmetry and along the rest of the acoustic axes.

Keywords: acoustic waves, conical refraction, acoustic phonons, spin-orbit interaction, crystals

UDC: 534.2
PACS: 62.65.+k, 63.20.D-, 61.50.Ah
Ukr. J. Phys. Opt. 12, Suppl.2, S47-S54
doi: 10.3116/16091833/12/4/S47/2011
Received: 19.10.2011

Анотація. На прикладі кристалів ABO і BBO проаналізовано конічну рефракцію акустичних хвиль. Виявлено, що така конічна рефракція виявлятиметься по-різному у разі поширення акустичних хвиль уздовж симетрійно обумовлених акустичних осей та будь-яких інших акустичних осей. Показано, що за умови поширення акустичного фонона зі спіном ±ħ уздовж акустичної осі відбуватиметися спін-орбітальна взаємодія з появою орбітального кутового моменту акустичної хвилі та акустичного вихору з одиничним зарядом. Обговорено особливості дислокацій фазового фронту акустичної хвилі, яка поширюється вздовж акустичних осей, обумовлених симетрією, та інших акустичних осей.

  1. Maidanik G, 1958. Torques due to acoustical radiation pressure. J. Acoust. Soc. Amer. 30: 620–623. doi:10.1121/1.1909714
  2. Hefner B T and Marston P L, 1999. An acoustical helicoidal wave transducer with applications for the alignment of ultrasonic and underwater systems. J. Acoust. Soc. Amer. 106: 3313–3316. doi:10.1121/1.428184
  3. Bliokh K Yu and Freilikher V D, 2006. Polarization transport of transverse acoustic waves: Berry phase and spin Hall effect of phonons. Phys. Rev. B. 74: 174302. doi:10.1103/PhysRevB.74.174302
  4. Soskin M S and Vasnetsov M V, 2001. Singular optics. Prog. Opt. 42: 219–276. doi:10.1016/S0079-6638(01)80018-4
  5. Sirotin Yu I and Shaskolskaya M P, Fundamentals of crystal physics. Moscow: Nauka (1979). 
  6. Berry M V, Jeffrey M R and Mansuripur M, 2005. Orbital and spin angular momentum in conical diffraction. J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 7: 685–690. doi:10.1088/1464-4258/7/11/011
  7. Heckenberg  N R, McDuff R, Smith C P, and White A G, 1992. Generation of optical phase singularities by computer-generated holograms, Opt. Lett. 17: 221–223. doi:10.1364/OL.17.000221 PMid:19784282
  8. Abramochkin E, and Volostnikov V, 1991. Beam transformations and nontransformed beams, Opt. Commun. 83: 123–135. doi:10.1016/0030-4018(91)90534-K
  9. Volyar A V, 2002. Fiber Singular singular Opticsoptics, Ukr. J. Phys. Opt. 3: 69–96. doi:10.3116/16091833/3/2/69/2002
  10. Skab I, Vasylkiv Yu, Zapeka B, Savaryn V, and Vlokh R, 2011. Appearance of singularities of optical fields under torsion of crystals containing three fold symmetry axes. J. Opt. Soc. Amer. A. 28: 1331–1340. doi:10.1364/JOSAA.28.001331
  11. Skab I, Vasylkiv Yu, Savaryn V, and Vlokh R, 2011. Optical anisotropy induced by torsion stresses in LiNbO3 crystals: appearance of an optical vortex. J. Opt. Soc. Amer. A. 28, : 633–640. doi:10.1364/JOSAA.28.000633
  12. Skab I P, Vasylkiv Yu V and Vlokh R O, 2011. On the possibility of electrooptic operation by orbital angular momentum of light beams via Pockels effect in crystals. Ukr. J. Phys. Opt. 12: 127–136. doi:10.3116/16091833/12/3/127/2011
  13. Skab I, Vasylkiv Y, Smaga I and Vlokh R, 2011. Spin-to-orbital momentum conversion via electrooptic Pockels effect in crystals. Phys. Rev. A. 84: 043815. doi:10.1103/PhysRevA.84.043815
  14. Hefner B T and Marston P L, 1999. An acoustical helicoidal wave transducer with applications for the alignment of ultrasonic and underwater systems. J. Acoust. Soc. Amer. 106: 3313–3316. doi:10.1121/1.428184
  15. Vlokh R and Martynyuk-Lototska I, 2009. Ferroelastic crystals as effective acoustooptic materials. Ukr. J. Phys. Opt. 10: 89–99. doi:10.3116/16091833/10/2/89/2009
  16. Ishida Y and Yajima T, 1987. Characteristics of a new-type SHG crystal β-BaB2O4 in the femtosecond region. Opt. Commun. 6216: 197–200. doi:10.1016/0030-4018(87)90027-7
  17. Mori Y, Yap Y K, Kamimura T, Yoshimura M and Sasaki T, 2002. Recent development of nonlinear optical borate crystals for UV generation. Opt. Mater. 1919: 1–5. doi:10.1016/S0925-3467(01)00194-X
  18. Martynyuk-Lototska I, Mys O, Dudok T, Adamiv V, Smirnov Ye and Vlokh R, 2008. Acoustooptic interaction in  alpha-BaB2O4 and Li2B4O7 crystals. Appl. Opt. 47: 3446–3454. doi:10.1364/AO.47.003446 PMid:18594591
  19. Martynyuk-Lototska I, Dudok T, Mys O, Romanyuk G and Vlokh R, 2009. Acoustooptic interaction and photoelastic properties of Li2B4O7 and alpha-BaB2O4 crystals at the wavelength of 442 nm. Ukr. J. Phys. Opt. 10: 218–225. doi:10.3116/16091833/10/4/218/2009
  20. Martynyuk-Lototska I, Mys O, Krupych O, Adamiv V, Burak Ya, Vlokh R, Schranz W, 2004. Elastic, Piezooptic piezooptic and Acoustooptic acoustooptic Properties properties of Borate borate Crystals crystals (BaB2O4, Li2B4O7 and CsLiB6O10). Integ. Ferroelectrics. 63: 99-–103. doi:10.1080/10584580490458801
  21. Khatkevich A G, 1962. On the phenomenon of internal conical refraction of the elastic waves. Kristallografiya, . 7: 916–921. 
  22. Dennis M R, 2004. Local phase structure of wave dislocation lines: twist and twirl. J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 6: S202–S208. doi:10.1088/1464-4258/6/5/011
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics