Department of General Physics 1
St. Petersburg State University Department of Physics

rosanov

Оптические диссипативные солитоны

27 марта в 15.10 в конференц-зале НИИФ, лекция члена-корреспондента РАН, профессора, зав. кафедрой оптики лазеров СПбГУ ИТМО Н.Н. Розанова

язык лекции - русский

Диссипативные солитоны – пакеты поля, устойчивая локализация которых вызвана балансом притока и оттока энергии в нелинейных средах или системах – в настоящее время активно изучаются в различных разделах физики, химии и биологии. В последнее время впечатляющий прогресс в изучении таких солитонов достигнут для нелинейно-оптических и лазерных систем, что связано с их сравнительной простотой, доступностью нелинейных эффектов и потенциалом информационных приложений. В этом докладе дается обзор основных свойств диссипативных оптических солитонов (ДОС), а также истории и перспектив их исследований.

Наиболее изучены сейчас ДОС огибающих, размеры и длительность которых значительно превышают длину волны и период оптического излучения. Примерами схем служат широкоапертурные нелинейные интерферометры под действием непрерывного лазерного излучения и лазеры с насыщающимся поглощением. В отличие от консервативных солитонов в средах с пренебрежимо слабой диссипацией ДОС обладают «псевдоквантовыми» свойствами: спектр их основных параметров, включая размеры, дискретен, то есть это «калиброванные» и, соответственно, весьма устойчивые солитоны. Повышенная устойчивость отражается и на истинно квантовых свойствах; так, квантовое броуновское движение ДОС менее интенсивно, чем у консервативных солитонов. Одиночные ДОС не «элементарны», а обладают внутренней структурой, определяемой топологией потоков энергии излучения. Эта же топология позволяет различать случаи слабого и сильного взаимодействия ДОС друг с другом. Нетривиальна механика ДОС даже в однородном окружении: в зависимости от симметрии распределения поля солитонные структуры могут быть неподвижными, двигаться прямолинейно без вращения, вращаться вокруг неподвижного центра симметрии или же двигаться, как Луна вокруг Земли (центр структуры движется по окружности и сама структура вращается с тем же периодом). Наложение на схему регулярных неоднородностей позволяет управлять положением и движением ДОС, что важно для их информационных приложений. Особо следует отметить чрезвычайное разнообразие топологически различающихся ДОС с одномерной, двумерной и трехмерной геометрией.

Как в научном, так и в прикладном отношении важен поиск подходов к уменьшению размеров пространственных ДОС и длительности временных ДОС. Представлена теория диссипативных наносолитонов (наноразмерных солитонов в молекулярных цепочках, возбуждаемых внешним лазерным излучением) и аттосолитонов (в усилителе или лазере с когерентным поглотителем с длительностью в субфемтосекундном диапазоне). Комбинация этих двух подходов привела бы к формированию «световых точек» – пакетов света с нанометровыми размерами по всем трем измерениям, что отвечает предельной степени концентрации света.

Dissipative solitons are stable localization wavepackets. Such stable localization is determined by balance of enrgy flow-in and flow-out in nonlinear systems. Nowadays the dissipative solitons are actively studied in different areas of physics, chemistry and biology. The greatest progress of understanding has reached