In optics, the term soliton is used to refer to any optical field that does not change during propagation because of a delicate balance between nonlinear and linear effects in the medium. There are two main kinds of solitons:
spatial solitons: the nonlinear effect can balance the diffraction. The electromagnetic field can change the refractive index of the medium while propagating, thus creating a structure similar to a graded-index fiber. If the field is also a propagating mode of the guide it has created, then it will remain confined and it will propagate without changing its shape
temporal solitons: if the electromagnetic field is already spatially confined, it is possible to send pulses that will not change their shape because the nonlinear effects will balance the dispersion. Those solitons were discovered first and they are often simply referred as "solitons" in optics.
In order to understand how a spatial soliton can exist, we have to make some considerations about a simple convex lens. As shown in the picture on the right, an optical field approaches the lens and then it is focused. The effect of the lens is to introduce a non-uniform phase change that causes focusing. This phase change is a function of the space and can be represented with , whose shape is approximately represented in the picture.
The phase change can be expressed as the product of the phase constant and the width of the path the field has covered. We can write it as:
where is the width of the lens, changing in each point with a shape that is the same of because and n are constants. In other words, in order to get a focusing effect we just have to introduce a phase change of such a shape, but we are not obliged to change the width. If we leave the width L fixed in each point, but we change the value of the refractive index we will get exactly the same effect, but with a completely different approach.
This has application in graded-index fibers: the change in the refractive index introduces a focusing effect that can balance the natural diffraction of the field.
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Presentation of the different sources of optical nonlinearities in an optical fibre
Basic principles of optics
In this advanced electromagnetics course, you will develop a solid theoretical understanding of wave-matter interactions in natural materials and artificially structured photonic media and devices.
L'automodulation de phase (self-phase modulation, souvent abrégé en SPM en anglais) est un effet optique non linéaire d'interaction lumière-matière (gaz, solide, liquide). Une impulsion ultra-courte, lorsqu'elle voyage dans un milieu matériel, induit une variation de l'indice de réfraction de ce milieu par effet Kerr. Cette variation induit à son tour un décalage de phase dans l'impulsion, ce qui conduit à une modification du spectre en fréquence de l'impulsion.
L'effet Kerr est un phénomène de biréfringence créée dans un matériau par un champ électrique. Cela se caractérise par l'existence de deux indices de réfraction différents : un rayon lumineux peut être séparé en deux rayons lorsqu'il entre dans ce matériau. La biréfringence induite varie, contrairement à l'effet Pockels, selon le carré du champ électrique appliqué, c.-à-d. selon son intensité. Les matériaux présentent en général un effet Kerr très peu visible, ce dernier étant plus prononcé dans certains liquides.
Un soliton est une onde solitaire qui se propage sans se déformer dans un milieu non linéaire et dispersif. On en trouve dans de nombreux phénomènes physiques de même qu'ils sont la solution de nombreuses équations aux dérivées partielles non linéaires. thumb|Soliton hydrodynamique. Le phénomène associé a été observé pour la première fois en 1834 par l'Écossais John Scott Russell qui l'a observé initialement en se promenant le long d'un canal : il a suivi pendant plusieurs kilomètres une vague remontant le courant qui ne semblait pas vouloir faiblir.
Introduit la génération de supercontinuum, discute des défis de la génération en vrac, des avantages des guides d'ondes et des considérations de modélisation.
Présente l'histoire et les applications de l'optique non linéaire, en se concentrant sur l'effet Kerr optique et divers processus paramétriques non linéaires.
The concept of soliton gas was introduced in 1971 by Zakharov as an infinite collection of weakly interacting solitons in the framework of Korteweg-de Vries (KdV) equation. In this theoretical construction of a diluted (rarefied) soliton gas, solitons with ...
In this thesis, the generation of microcombs under complex, non-trivial, and/or higher-order cavity conditions is explored, both in theory & simulation, and in practical experimentation. Pulse-driving of microresonators is investigated for the generation ...
We demonstrate that a spin current flowing through a nanocontact into a uniaxial antiferromagnet with first- and second-order anisotropy can excite a self-localized dynamic magnetic soliton, known as a spin-wave droplet in ferromagnets. The droplet nucleat ...