Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Anisotropy of acousto-optic figure of merit at the collinear acousto-optic diffraction in hexagonal CdS crystals

Mys O., Martynyuk-Lototska I., Adamenko D., Kostyrko M. and Vlokh R.

Vlokh Institute of Physical Optics, 23 Dragomanov Street, 79005 Lviv, Ukraine

Download this article

Abstract. In the present work we analyze anisotropy of the acoustic properties and acousto-optic figure of merit (AOFM) in CdS crystals at the collinear acousto-optic interactions. We show that the anisotropy of AW velocity is very small so that the AOFM anisotropy is mainly caused by the anisotropy of effective elastooptic coefficients. The obliquity angle and the angle of deviation of polarization of the acoustic waves (AWs) from purely longitudinal and transverse types are found. The geometries of collinear diffraction at which the maximal AOFM values are reached are determined. It is found that the absolute maximum, M2 = 86.26×10–15s3/kg, is peculiar for the type VIII of interactions with the AW QT1 with the frequency f = 49 MHz, which is polarized along the Z axis. In this case the interaction plane is rotated by the angle φZ= 45 deg, and both the light and AW propagate along the X' axis lying in the XY plane. The maximal AOFM values and the appropriate interaction geometries are also determined for the particular case of collinear AO diffraction at the AWs QL and QT2. These values are equal to 4.41×10–15 and 26.25×10–15 s3/kg for the interactions with the AWs QL and QT2, respectively. 

Keywords: CdS crystals, optical vortex, acoustic vortex,acousto-optic diffraction, acousto-optic figure of merit, collinear diffraction, anisotropy

PACS: 42.25.Fx,  42.50.Tx, 42.79.Jq, 47.32.cb
UDC: 535.42, 535.012.2, 534.2
Ukr. J. Phys. Opt. 19: 165-178
Received: 13.07.2018
doi: 10.3116/16091833/19/3/165/2018

Анотація. Проаналізовано анізотропію акустичних властивостей і коефіцієнта акустооптичної якості (КАОЯ) для кристалів CdS за умови колінеарної дифракції. Показано, що анізотропія швидкостей акустичних хвиль (АХ) досить слабка, а тому анізотропія КАОЯ в основному зумовлена анізотропією ефективних пружно-оптичних коефіцієнтів. Отримано кути зносу енергії АХ та кути відхилення їхньої поляризації від суто поздовжнього та поперечного станів поляризації. Визначено геометрії, за яких можна досягти максимальних значень КАОЯ для колінеарної дифракції. Встановлено, що абсолютний максимум КАОЯ (M2 = 86,26×10–15 с3/кг) притаманний типу VIII взаємодій із АХ QT1, яка має частоту f = 49 МГц і поляризована вздовж осі Z . Тоді площина взаємодії повернута на кут φZ= 45 град, а обидві оптичні та акустична хвилі поширюються вздовж осі X', що лежить у площині XY. Визначено максимальні значення КАОЯ і відповідні геометрії взаємодій для випадків колінеарної дифракції на АХ QL і QT2. Ці значення становлять 4.41×10–15 і 26.25×10–15 с3/кг відповідно для взаємодій із АХ QL і QT2. 
REFERENCES
  1. Frondel C and Palache C, 1950. Three new polymorphs of zinc sulfide. Amer. Mineral. 35: 29–42.
  2. Shaskolskaya M P. Acoustic crystals. Moscow: Nauka, 1982. 
  3. Francis A B and Carlson A I, 1960. Cadmium sulfide infrared optical material. J. Opt. Soc. Amer. 50: 118–121. doi: 10.1364/JOSA.50.000118 
  4. Berlincourt D, Jaffe H, and Shiozawa L R, 1963. Electroelastic properties of the sulfides, selenides, and tellurides of zinc and cadmium. Phys. Rev. 129: 1009–1017. doi: 10.1103/PhysRev.129.1009 
  5. Spear W E and Mort J, 1963. Electron and hole transport in CdS crystals. Proc. Phys. Soc. 81: 130–140 doi: 10.1088/0370-1328/81/1/319 
  6. Kaminow J P and Turner E H. Handbook of lasers. Ed. by Pressley R J. Cleveland: The Chemical Rubber Co. 1971. 
  7. Zhengang Li, Guangnan Xiong, Zhihong Zhao, Xiwu Fan, 1994. Measurement of optical nonlinear susceptibility of CdS single crystal using a single beam. J. Cryst. Growth. 138: 231–233. doi: 10.1016/0022-0248(94)90812-5 
  8. Gainon D J A, 1964. Linear electro-optic effect in CdS. J. Opt. Soc. Amer. 54: 270–271. doi: 10.1364/JOSA.54.000270 
  9. Sugie V and Tada K, 1976. Measurements of the linear electrooptic coefficients and analysis of the nonlinear susceptibilities in cubic GaAs and hexagonal CdS. Japan. J. Appl. Phys. 15: 421–432. doi: 10.1143/JJAP.15.421 
  10. Kawabe V, Kotani H, Masuda K and Namba S, 1975. Heterostructure CdS1−xSex−CdS surface lasers for integrated optics. Appl. Phys. Lett. 26: 46–48. doi: 10.1063/1.88067 
  11. Buachidze É É, Vasilishcheva I V, Morozov V N, Pletnev V A, Semenov A S and Shapkin P V, 1986. Fabrication and investigation of integrated-optics CdSxSe1–x waveguides. Sov. J. Quant. Electron. 16: 1201–1204. 
  12. Tao Liu, Peng Liu, Lian Zhang, Yu-Fan Zhou, Xiao-Fei Yu, Qing Huang, Qing-Ming Lu and Xue-Lin Wang, 2014. Planar and channel waveguide structures in CdS crystals at 633 and 1539 nm. J. Lightwave Technol. 32: 2556–2559. doi: 10.1109/JLT.2014.2329060 
  13. Dixon R W, 1967. Photoelastic properties of selected materials and their relevance for applications to acoustic light modulators and scanners. J. Appl. Phys. 38: 5149–5153. doi:10.1063/1.1709293 
  14. Mys O, Kostyrko M, Krupych O and Vlokh R, 2015. Anisotropy of the acousto-optic figure of merit for LiNbO3 crystals: isotropic diffraction. Appl. Opt. 54: 8176–8186. doi:10.1364/AO.54.008176 
  15. Mys O, Kostyrko M and Vlokh R, 2016. Anisotropy of acousto-optic figure of merit for LiNbO3 crystals: anisotropic diffraction. Appl. Opt. 55: 2439–2450. doi:10.1364/AO.55.002439 
  16. Mys O, Krupych O, Kostyrko M and Vlokh R, 2016. Anisotropy of acousto-optic figure of merit for LiNbO3 crystals: anisotropic diffraction. Erratum. Appl. Opt. 55: 9823–9829. doi:10.1364/AO.55.009823 
  17. Bateman T B and McFee J H, 1968. Nonelectronic ultrasonic attenuation in CdS. J. Appl. Phys. 39: 4471–4472. doi:10.1063/1.1657001 
  18. Buachidze Z É, Goldobin I S, Morozov V N, Pletnev V A, Semenov A S and Shapkin P V, 1986. Waveguide Bragg light modulators made of CdSxSe1–x crystals. Sov. J. Quant. Electron. 16: 456–458. doi:10.1070/QE1986v016n04ABEH006209 
  19. Gerlich D, 1967. The elastic constants of cadmiumsulfide between 4.2–300°K. J. Phys. Chem. Sol. 28: 2575–2579. doi:10.1016/0022-3697(67)90044-3 
  20. Vedam K and Davis T A, 1969. Pressure dependence of the refractive indices of the hexagonal crystals beryl, α-CdS, α-ZnS, and ZnO. Phys. Rev. 181: 1196–1201. doi:10.1103/PhysRev.181.1196 
  21. Ward J, Farries M, Pannell C and Wachman E, 2010: p.78350U–78350U–9. An acousto-optic based hyperspectral imaging camera for security and defense applications. Retrieved from: http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=1347890 
  22. Tran Chieu D and Furlan Ricardo J, 1992. Acousto-optic tunable filter as a polychromator and its application in multidimensional fluorescence spectrometry. Anal. Chem. 64: 2775–2782. doi:10.1021/ac00046a021 
  23. Valle S, Ward J D, Pannell C and Johnson N P, 2015. Acousto optic tunable filters for imaging applications in the 2–4 μm with low RF drive power. Acta Phys. Polon. A. 127: 58–59. doi:10.12693/APhysPolA.127.58 
  24. Chang I C, 1977. Tunable acousto-optic filters: an overview. Opt. Eng. 16: 455–460. doi:10.1117/12.7972116 
  25. Voloshinov V B, 1992. Close to collinear acousto-optical interaction in TeO2 single crystal. In: Acousto-Optics and Applications. Int. Soc. Opt. Photon. p. 162–176. doi:10.1117/12.131923
  26. Bieniewski T M and Czyzak S J, 1963. Refractive indexes of single hexagonal ZnS and CdS crystals. J. Opt. Soc. Amer. 53: 496–497. doi:10.1364/JOSA.53.000496 
  27. Sirotin Yu I and Shaskolskaya M P. Fundamentals of crystal physics. Moscow: Mir, 1982. 
  28. Ohmachi Y, Uchida N and Niizeki N, 1972. Acoustic wave propagation in TeO2 single crystal. J. Acoust. Soc. Amer. 51: 164–168. doi:10.1121/1.1912826 
  29. Balakshyi V I, Paryhyn V N and Chyrkov L E. Basic physics of acoustooptics. Moscow: Radio i Svyaz, 1985. 
  30. Mys O, Krupych O and Vlokh R, 2016. Anisotropy of an acousto-optic figure of merit for NaBi(MoO4)2 crystals. Appl. Opt. 55: 7941–7955. doi:10.1364/AO.55.007941 
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics