Лобовое столкновение двух световых пуль одинаковой интенсивности, но противоположных круговых поляризаций (I1 и I2). Этапы взаимодействия и перераспределение поляризации. Адаптировано из статьи [1].

Световые пули – сверхкороткие импульсы света, образующиеся в нелинейной среде за счет явления самофокусировки – активно применяются для нелинейно-оптических исследований с высоким пространственным и временным разрешением, дистанционных методов широкополосного зондирования, а также для передачи световой энергии высокой мощности на большие расстояния. Они характеризуются сильной локализацией световой энергии и широким спектром.

Световая пуля представляет собой уединенную волну – солитон, который по ряду параметров похож на движущуюся частицу. Солитоны могут сталкиваться между собой, ударяясь подобно бильярдным шарам, или проходить друг сквозь друга, обмениваясь энергией. До недавнего времени исследования ограничивались взаимодействием солитонов с одной поляризацией. В работе В.П. Рубана из Института теоретической физики им. Л.Д.Ландау РАН [1], опубликованной в апрельском номере “Письма в ЖЭТФ” теоретически исследован процесс столкновения двух световых пуль различной поляризации.

Автор разработал трехмерную модель взаимодействия двух солитонов в многомодовом оптическом волокне с градиентным распределением показателя преломления. При определенном соотношении величин нелинейности и дисперсии решение в виде солитонов является устойчивым. Если рассмотреть не линейные, а круговые поляризации, то уравнения процесса взаимодействия солитонов становятся проще, и описание процесса может в итоге быть сведено к ньютоновской динамике.

На рисунке показаны результаты расчета процесса столкновения двух оптических пуль противоположной круговой поляризации. При взаимодействии друг с другом световые пули “обмениваются” поляризациями: обе после взаимодействия имеют две компоненты круговой поляризации. Подбирая поляризацию и скорость сближения взаимодействующих световых пуль, можно “на выходе” получить любую заданную поляризацию света. В зависимости от скорости сближения световых пуль и их поляризаций столкновения могут быть как упругими, так и неупругими.

Решениями уравнений динамики световых пуль также были случаи, когда солитоны отталкиваются друг от друга, почти не меняя поляризацию. Полное численное моделирование пространства возможных случаев взаимодействия солитонов в данной работе не было проведено, это сделать в рамках одной статьи невозможно, но уже по тем результатам, которые есть, видно, что включение поляризации в рассмотрение динамики столкновения солитонов открывает непаханое поле возможностей.

Автор: З. Пятакова

1. В.П.Рубан, Письма в ЖЭТФ 119, 579 (2024).