Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
226
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
3.37 Mб
Скачать

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