KELVIN-HELMHOLTZ INSTABILITY IN NONLINEAR OPTICS

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Paraxial propagation of a quasi-monochromatic light wave with two circular polarizations in a defocusing Kerr medium with anomalous dispersion inside a waveguide of annular cross-section was considered. In the phase-separated mode, the dynamics is similar to a flow of immiscible fluids. For some initial conditions with relative gliding of the fluids along the interface, the Kelvin-Helmholtz instability in its “quantum” variant is developed. Numerical simulations of the corresponding coupled nonlinear Schrodinger equations have shown formation of specific structures at the nonlinear stage of the instability. Similar structures have been known in the theory of binary Bose-Einstein condensates, but for optics they were presented for the first time.

About the authors

V. P. Ruban

Landau Institute for Theoretical Physics RAS

Author for correspondence.
Email: ruban@itp.ac.ru
Russian Federation, 142432, Chernogolovka, Moscow region

References

  1. Y. Kivshar and G. P. Agrawal, Optical Solitons: From Fibers to Photonic Crystals, 1st ed., Academic Press, California, USA (2003).
  2. B. A. Malomed, Multidimensional Solitons, AIP Publishing (online), Melville, N. Y. (2022), https://doi.org/10.1063/9780735425118
  3. F. Baronio, S. Wabnitz, and Yu. Kodama, Phys. Rev. Lett. 116, 173901 (2016).
  4. P. G. Kevrekidis, D. J. Frantzeskakis, and R. Carretero-Gonz´alez, The Defocusing Nonlinear Schr¨odinger Equation: From Dark Solitons to Vortices and Vortex Rings, SIAM, Philadelphia (2015).
  5. V. N. Serkin and A. Hasegawa, JETP Lett. 72, 89 (2000).
  6. С. К. Турицын, Н. Н. Розанов, И. А. Яруткина, А. Е. Беднякова, С. В. Фёдоров, О. В. Штырина, М. П. Федорук, УФН 186, 713 (2016).
  7. Н. А. Веретенов, Н. Н. Розанов, С. В. Федоров, УФН 192, 143 (2022).
  8. R. Blaauwgeers, V. Eltsov, G. Eska, A. Finne, R. P. Haley, M. Krusius, J. Ruohio, L. Skrbek, and G. Volovik, Phys. Rev. Lett. 89, 155301 (2002).
  9. G.E. Volovik, Pis’ma Zh. Eksp. Teor. Fiz. 75, 491 (2002) [JETP Lett. 75, 418 (2002)].
  10. A. Finne, V. Eltsov, R. H¨anninen, N. Kopnin, J. Kopu, M. Krusius, M. Tsubota, and G. Volovik, Rep. Progr. Phys. 69, 3157 (2006).
  11. V. Eltsov, A. Gordeev, and M. Krusius, Phys. Rev. B 99, 054104 (2019).
  12. H. Takeuchi, N. Suzuki, K. Kasamatsu, H. Saito, and M. Tsubota, Phys. Rev. B 81, 094517 (2010).
  13. N. Suzuki, H. Takeuchi, K. Kasamatsu, M. Tsubota, and H. Saito, Phys. Rev. A 82, 063604 (2010).
  14. H. Kokubo, K. Kasamatsu, and H. Takeuchi, Phys. Rev. A 104, 023312 (2021).
  15. K. Sasaki, N. Suzuki, D. Akamatsu, and H. Saito, Phys. Rev. A 80, 063611 (2009).
  16. S. Gautam and D. Angom, Phys. Rev. A 81, 053616 (2010).
  17. T. Kadokura, T. Aioi, K. Sasaki, T. Kishimoto, and H. Saito, Phys. Rev. A 85, 013602 (2012).
  18. K. Sasaki, N. Suzuki, and H. Saito, Phys. Rev. A 83, 053606 (2011).
  19. D. Kobyakov, V. Bychkov, E. Lundh, A. Bezett, and M.Marklund, Phys. Rev. A 86, 023614 (2012).
  20. D. K.Maity, K.Mukherjee, S. I.Mistakidis, S. Das, P. G. Kevrekidis, S. Majumder, and P. Schmelcher, Phys. Rev. A 102, 033320 (2020).
  21. Tin-Lun Ho and V. B. Shenoy, Phys. Rev. Lett. 77, 3276 (1996).
  22. H. Pu and N. P. Bigelow, Phys. Rev. Lett. 80, 1130 (1998).
  23. B. P. Anderson, P. C. Haljan, C. E. Wieman, and E. A. Cornell, Phys. Rev. Lett. 85, 2857 (2000).
  24. S. Coen and M. Haelterman, Phys. Rev. Lett. 87, 140401 (2001).
  25. G. Modugno, M. Modugno, F. Riboli, G. Roati, and M. Inguscio, Phys. Rev. Lett. 89, 190404 (2002).
  26. E. Timmermans, Phys. Rev. Lett. 81, 5718 (1998).
  27. P. Ao and S. T. Chui, Phys. Rev. A 58, 4836 (1998).
  28. B. Van Schaeybroeck, Phys. Rev. A 78, 023624 (2008).
  29. K. Sasaki, N. Suzuki, and H. Saito, Phys. Rev. A 83, 033602 (2011).
  30. А. Л. Берхоер, В. Е. Захаров, ЖЭТФ 58, 903 (1970).
  31. M. Haelterman and A. P. Sheppard, Phys. Rev. E 49, 3389 (1994).
  32. M. Haelterman and A. P. Sheppard, Phys. Rev. E 49, 4512 (1994).
  33. A. P. Sheppard and M. Haelterman, Opt. Lett. 19, 859 (1994).
  34. Yu. S. Kivhsar and B. Luther-Davies, Phys. Rep. 298, 81 (1998).
  35. N. Dror, B. A. Malomed, and J. Zeng, Phys. Rev. E 84, 046602 (2011).
  36. A. H. Carlsson, J. N. Malmberg, D. Anderson, M. Lisak, E. A. Ostrovskaya, T. J. Alexander, and Yu. S. Kivshar, Opt. Lett. 25, 660 (2000).
  37. A. S. Desyatnikov, L. Torner, and Yu. S. Kivshar, Progress in Optics 47, 291 (2005).
  38. В. П. Рубан, Письма в ЖЭТФ 117, 292 (2023).
  39. В. П. Рубан, Письма в ЖЭТФ 117, 590 (2023).
  40. В. П. Рубан, ЖЭТФ 164, 863 (2023).
  41. G. P. Agrawal, Phys. Rev. Lett. 59, 880 (1987).
  42. Yu. S. Kivshar and D. E. Pelinovsky, Phys. Rep. 331, 117 (2000).
  43. Е. Е. Серебрянников, С. О. Коноров, А. А. Иванов, М. В. Федоров,М. В. Алфимов, А. М.Желтиков, ЖЭТФ 129, 808 (2006).
  44. Е. А. Кунецов, С. К. Турицын, ЖЭТФ 94, 119 (1988).
  45. В. А. Миронов, А. И. Смирнов, Л. А. Смирнов, ЖЭТФ 139, 55 (2011).
  46. X. Liu, B. Zhou, H. Guo, and M. Bache, Opt. Lett. 40, 3798 (2015).
  47. X. Liu and M. Bache, Opt. Lett. 40, 4257 (2015).
  48. Е. Д. Залозная, А. Е. Дормидонов, В. О. Компанец, С. В. Чекалин, В. П. Кандидов, Письма в ЖЭТФ 113, 817 (2021).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).