- •Лекция 13: Нелинейные оптические эффекты
- •Нелинейная оптика
- •Нелинейная оптика
- •Нелинейные оптические эффекты
- •Нелинейные оптические эффекты
- •Нелинейные оптические эффекты
- •Нелинейные оптические эффекты
- •Параметрические процессы
- •Генерация второй гармоники
- •Генерация второй гармоники
- •Фазовый синхронизм
- •Выполнение условий фазового синхронизма
- •Выполнение условий фазового синхронизма
- •Оптический параметрический резонатор (OPO)
- •Нелинейность третьего порядка
- •Рассеяние на фононах
- •Эффект Рамана (спонтанное рассеяние)
- •Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР, SRS)
- •Рассеяние Мандельштама - Бриллюэна
- •Рассеяние Мандельштама - Бриллюэна
- •John and canal defined of
- •Солитоны в океане: The “Rogue” Wave
- •Оптические солитоны
- •Optical Solitons
- •Пространственные солитоны
- •Временные солитоны
- •Пространственно – временной солитон «оптическая пуля»
- •Нелинейное волновое уравнение
- •Солитоны высших порядков
- •Когерентное взаимодействие: волна или частица
- •Рождение третьего солитона при столкновении
John and canal defined of
Солитоны в океане: The “Rogue” Wave
N. Akhmediev, A. Ankiewicz, and M. Taki, “Waves that appear from nowhere and disappear without a trace”, Physics Letters, A 373 (2009) 675–678.
Оптические солитоны
Space: Broadening by Diffraction
Time: Broadening by Group Velocity Dispersion
Broadening +
Narrowing Via a Nonlinear Effect
= Soliton (Self-Trapped beam)
Optical Solitons
|
|
Spatio-Temporal |
|
|
Temporal |
|
|
Spatial |
Homogeneous Media |
|
Discrete Media |
1D, 2D
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cavity Solitons |
|
|
|
|
|
|
Propagating Solitons |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Media |
|
|
|
|
|
|
|
||
Kerr n=n2I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Liquid Crystals |
||||||||
|
|
|
Local Non-local |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Kerr-like |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Photorefractive |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Quadratic |
|
|
|
Gain Media |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Пространственные солитоны
Spatial Solitons 2D
Уширение – дифракционная расходимость +
Фокусировка за счет Керровской нелинейности = Солитон
Временные солитоны
Уширение – дисперсия (аномальная) +
Сжатие за счет Керровской нелинейности (самомодуляция) = Солитон
Пространственно – временной солитон «оптическая пуля»
x
t
Electromagnetic pulses that do not spread in time and space
Characteristic Lengths
Temporal Dispersion : LD (T ) T02/ | k2 |
2
Spatial Diffraction : LD (r ) kw0 / 2
Nonlinear Length : LNL [kvacn2Ppeak / Aeff ] 1
Soliton : LNL LD (T ) LD (r )
Soliton period : z0 LD / 2
Require: dispersion length (time) diffraction length (space) nonlinear length
Нелинейное волновое уравнение
|
1 |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2 E |
|
E |
0 |
|
|
|
{PL |
PNL} |
Kerr(3) |
EEE |
|
|
depends on nonlinear |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
c2 t2 |
t2 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mechanism |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 (1) E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
E(r ) A(x, y) exp[i{kz |
|
|
t}] |
|
|
|
2 E n0 |
2 E 2 0PNL |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
spatial |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
NL |
||||||||||
Slowly varying phase |
|
|
2ik |
|
|
|
|
|
E |
|
E |
|
P |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
and amplitude |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
diffraction |
nonlinearity |
|
|
||||||||||||||||||
approximation (SVEA,1st |
|
|
temporal |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
NL |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
order perturbation theory) 2ik |
|
|
|
|
E kk |
|
|
|
|
|
E |
|
|
P |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
2 |
T 2 |
|
|
|
0 |
|
|
|||||||
Group velocity dispersion
|
|
|
|
|
|
|
Nonlinear Mode |
||
|
| E | 0 |
|
|
|
z |
|
|
Spatial soliton |
|
Солитоны высших порядков
A higher-order soliton is a soliton pulse the energy of which is higher than that of a fundamental soliton by a factor which is the square of an integer number (i.e. 4, 9, 16, etc.).
The temporal shape of such a pulse is not constant, but rather varies periodically during propagation
Когерентное взаимодействие: волна или частица
1 |
|
=0 |
= |
Incoherent Soliton Interaction |
|
= /2 |
=3 /2 |
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
500 |
0 |
500 |
0 |
500 |
50 |
|
|
|
|
out particle-like behavior |
1. |
Number of solitons in = Number of solitons |
|
2. |
For 0, also wave-like behavior - energy exchange occurs via nonlinear mixing |
|
