Full set of piezo-optic and elasto-optic coefficients of Ca<sub>3</sub>TaGa<sub>3</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>14</sub> crystals at room temperature
B. G. Mytsyk, Yuriy Suhak, N. M. Demyanyshyn, Oleh Buryy, Nataliya Syvorotka, D. Sugak, S. Ubizskii, Holger Fritze
Abstract
The photoelasticity of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msub> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msub> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msub> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msub> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>14</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> (CTGS) crystal was studied by an interferometric method based on a single-pass Mach-Zehnder interferometer. The maximum number of sample orientations for the piezo-optic experiments was applied to prove accuracy in the determination of the piezo-optic coefficients. Based on the matrices of the piezo-optic coefficients and the elastic stiffness coefficients, all the coefficients <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msub> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mtext class="MJX-tex-mathit" mathvariant="italic">ik</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> of the elastic-optic matrix are calculated. For the highest <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msub> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mtext class="MJX-tex-mathit" mathvariant="italic">ik</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> coefficient, the acousto-optic efficiency is evaluated. The results obtained for CTGS are compared with the corresponding results for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msub> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msub> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">G</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mn>5</mml:mn> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msub> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>14</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> (langasite) crystals. The highest acousto-optic figure of merit of CTGS <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msub> <mml:mi>M</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>1.66</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mo>⋅</mml:mo> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msup> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mn>10</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>15</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> <mml:mspace width="thickmathspace"/> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:msup> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msup> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"> <mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi> <mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> is two and three times higher, compared with langasite and strontium borate, respectively, which are often used for acousto-optic modulation of light in the ultraviolet spectral range.