Ukrainian Journal of Physical Optics
2024 Volume 25, Issue 5
W-SHAPED SOLITONS UNDER INHOMOGENEOUS SELF-DEFOCUSING KERR NONLINEARITY
1Xuzhen Gao, 2Jincheng Shi, 3Milivoj R. Belic, 4Junbo Chen, 5Jiawei Li, 6,7Liangwei Zeng and 6Xing Zhu
1Department of Physics, Lyuliang University, Lishi, Shanxi 033001, China 254th Research Institute of CETC, Sh?iazhuang 050011, China, jinchengshi1989@hotmail.com 3Division of Arts and Sciences, Texas A&M University at Qatar, 23874 Doha, Qatar 4School of Physics and Electronic Engineering, Jiaying University, Meizhou 514015, China 5Key Laboratory for Physical Electronics and Devices of the Ministry of Education & Shaanxi Key Lab of Information Photonic Technique, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China 6Department of Basic Courses, Guangzhou Maritime University, Guangzhou 510725, China 7College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
Ukr. J. Phys. Opt.
Vol. 25
,
Issue 5 , pp. S1075 - S1085 (2024).
doi:10.3116/16091833/Ukr.J.Phys.Opt.2024.S1075
ABSTRACT
Keywords:
W-shaped solitons, Kerr nonlinearity, self-defocusing, Schrodinger equation
UDC:
535.32
- Kartashov, Y. V., Malomed, B. A., & Torner, L. (2011). Solitons in nonlinear lattices. Reviews of Modern Physics, 83(1), 247. doi:10.1103/RevModPhys.83.247
- Konotop, V. V., Yang, J., & Zezyulin, D. A. (2016). Nonlinear waves in PT-symmetric systems. Reviews of Modern Physics, 88(3), 035002. doi:10.1103/RevModPhys.88.035002
- Kartashov, Y. V., Astrakharchik, G. E., Malomed, B. A., & Torner, L. (2019). Frontiers in multidimensional self-trapping of nonlinear fields and matter. Nature Reviews Physics, 1(3), 185-197. doi:10.1038/s42254-019-0025-7
- Mihalache, D. (2021). Localized structures in optical and matter-wave media: a selection of recent studies. Rom. Rep. Phys, 73(2), 403.
- Zhu, X., Wang, H., Li, H., He, W., & He, Y. (2013). Two-dimensional multipeak gap solitons supported by parity-time-symmetric periodic potentials. Optics Letters, 38(15), 2723-2725. doi:10.1364/OL.38.002723
- Yıldırım, Y., Biswas, A., Guggilla, P., Khan, S., Alshehri, H. M., & Belic, M. R. (2021). Optical solitons in fibre Bragg gratings with third-and fourth-order dispersive reflectivities. Ukr. J. Phys. Opt., 22(4), 239-254. doi:10.3116/16091833/22/4/239/2021
- Zeng, L., Konotop, V. V., Lu, X., Cai, Y., Zhu, Q., & Li, J. (2021). Localized modes and dark solitons sustained by nonlinear defects. Optics Letters, 46(9), 2216-2219. doi:10.1364/OL.424389
- Zeng, L., Belić, M. R., Mihalache, D., Li, J., Xiang, D., Zeng, X., & Zhu, X. (2023). Solitons in a coupled system of fractional nonlinear Schrödinger equations. Physica D: Nonlinear Phenomena, 456, 133924. doi:10.1016/j.physd.2023.133924
- Lamporesi, G., Donadello, S., Serafini, S., Dalfovo, F., & Ferrari, G. (2013). Spontaneous creation of Kibble-Zurek solitons in a Bose-Einstein condensate. Nature Physics, 9(10), 656-660. doi:10.1038/nphys2734
- Henderson, G. W., Robb, G. R., Oppo, G. L., & Yao, A. M. (2022). Control of light-atom solitons and atomic transport by optical vortex beams propagating through a Bose-Einstein Condensate. Physical Review Letters, 129(7), 073902. doi:10.1103/PhysRevLett.129.073902
- Zeng, L., Zhu, Y., Malomed, B. A., Mihalache, D., Wang, Q., Long, H., Cai, X. Lu, & Li, J. (2022). Quadratic fractional solitons. Chaos, Solitons & Fractals, 154, 111586. doi:10.1016/j.chaos.2021.111586
- Zhu, X., Xiang, D., & Zeng, L. (2023). Fundamental and multipole gap solitons in spin-orbit-coupled Bose-Einstein condensates with parity-time-symmetric Zeeman lattices. Chaos, Solitons & Fractals, 169, 113317. doi:10.1016/j.chaos.2023.113317
- Bergé, L. (1998). Wave collapse in physics: principles and applications to light and plasma waves. Physics Reports, 303(5-6), 259-370. doi:10.1016/S0370-1573(97)00092-6
- Bergé, L. (2000). Soliton stability versus collapse. Physical Review E, 62(3), R3071. doi:10.1103/PhysRevE.62.R3071
- Bartal, G., Manela, O., Cohen, O., Fleischer, J. W., & Segev, M. (2005). Observation of second-band vortex solitons in 2D photonic lattices. Physical Review Letters, 95(5), 053904. doi:10.1103/PhysRevLett.95.053904
- Desyatnikov, A. S., Ostrovskaya, E. A., Kivshar, Y. S., & Denz, C. (2003). Composite band-gap solitons in nonlinear optically induced lattices. Physical Review Letters, 91(15), 153902. doi:10.1103/PhysRevLett.91.153902
- Islam, M. J., & Atai, J. (2018). Stability of moving gap solitons in linearly coupled Bragg gratings with cubic-quintic nonlinearity. Nonlinear Dynamics, 91, 2725-2733. doi:10.1007/s11071-017-4042-8
- Zeng, L., Belić, M. R., Mihalache, D., Shi, J., Li, J., Li, S., Lu, X., Cai, Y. & Li, J. (2022). Families of gap solitons and their complexes in media with saturable nonlinearity and fractional diffraction. Nonlinear Dynamics, 108(2), 1671-1680. doi:10.1007/s11071-022-07291-z
- Zhu, X., Yang, F., Cao, S., Xie, J., & He, Y. (2020). Multipole gap solitons in fractional Schrödinger equation with parity-time-symmetric optical lattices. Optics Express, 28(2), 1631-1639. doi:10.1364/OE.382876
- Kartashov, Y. V. (2013). Vector solitons in parity-time-symmetric lattices. Optics Letters, 38(14), 2600-2603. doi:10.1364/OL.38.002600
- Lobanov, V. E., Kartashov, Y. V., & Konotop, V. V. (2014). Fundamental, multipole, and half-vortex gap solitons in spin-orbit coupled Bose-Einstein condensates. Physical Review Letters, 112(18), 180403. doi:10.1103/PhysRevLett.112.180403
- Zeng, L., Shi, J., Belić, M. R., Mihalache, D., Chen, J., Li, J., & Zhu, X. (2023). Surface gap solitons in the Schrödinger equation with quintic nonlinearity and a lattice potential. Optics Express, 31(22), 35471-35483. doi:10.1364/OE.497973
- Zeng, L., Belić, M. R., Mihalache, D., Xiang, D., Wang, Q., Yang, J., & Zhu, X. (2023). Triangular bright solitons in nonlinear optics and Bose-Einstein condensates. Optics Express, 31(6), 9563-9578. doi:10.1364/OE.483721
- Kartashov, Y. V., Malomed, B. A., Vysloukh, V. A., & Torner, L. (2009). Two-dimensional solitons in nonlinear lattices. Optics Letters, 34(6), 770-772. doi:10.1364/OL.34.000770
- Abdullaev, F. K., Kartashov, Y. V., Konotop, V. V., & Zezyulin, D. A. (2011). Solitons in PT-symmetric nonlinear lattices. Physical Review A, 83(4), 041805. doi:10.1103/PhysRevA.83.041805
- Zeng, L., & Zeng, J. (2019). One-dimensional solitons in fractional Schrödinger equation with a spatially periodical modulated nonlinearity: nonlinear lattice. Optics Letters, 44(11), 2661-2664. doi:10.1364/OL.44.002661
- Zeng, L., Mihalache, D., Malomed, B. A., Lu, X., Cai, Y., Zhu, Q., & Li, J. (2021). Families of fundamental and multipole solitons in a cubic-quintic nonlinear lattice in fractional dimension. Chaos, Solitons & Fractals, 144, 110589. doi:10.1016/j.chaos.2020.110589
- Kartashov, Y. V., Malomed, B. A., Vysloukh, V. A., & Torner, L. (2009). Vector solitons in nonlinear lattices. Optics Letters, 34(23), 3625-3627. doi:10.1364/OL.34.003625
- Zeng, L., Shi, J., Li, J., Li, J., & Wang, Q. (2022). Dark soliton families in quintic nonlinear lattices. Optics Express, 30(23), 42504-42511. doi:10.1364/OE.472311
- Shi, J., Zeng, L., & Chen, J. (2023). Two-dimensional localized modes in saturable quintic nonlinear lattices. Nonlinear Dynamics, 1-10. doi:10.1007/s11071-023-08558-9
- Zeng, L., Shi, J., Belić, M. R., Mihalache, D., Chen, J., Long, H., Lu, X., Cai, Y.& Li, J. (2023). Multipole solitons in saturable nonlinear lattices. Nonlinear Dynamics, 111(4), 3665-3678. doi:10.1007/s11071-022-07988-1
- Borovkova, O. V., Kartashov, Y. V., Torner, L., & Malomed, B. A. (2011). Bright solitons from defocusing nonlinearities. Physical Review E, 84(3), 035602. doi:10.1103/PhysRevE.84.035602
- Kartashov, Y. V., Lobanov, V. E., Malomed, B. A., & Torner, L. (2012). Asymmetric solitons and domain walls supported by inhomogeneous defocusing nonlinearity. Optics Letters, 37(23), 5000-5002. doi:10.1364/OL.37.005000
- Driben, R., Kartashov, Y. V., Malomed, B. A., Meier, T., & Torner, L. (2014). Three-dimensional hybrid vortex solitons. New Journal of Physics, 16(6), 063035. doi:10.1088/1367-2630/16/6/063035
- Driben, R., Dror, N., Malomed, B. A., & Meier, T. (2015). Multipoles and vortex multiplets in multidimensional media with inhomogeneous defocusing nonlinearity. New Journal of Physics, 17(8), 083043. doi:10.1088/1367-2630/17/8/083043
- Zeng, L., Malomed, B. A., Mihalache, D., Cai, Y., Lu, X., Zhu, Q., & Li, J. (2021). Flat-floor bubbles, dark solitons, and vortices stabilized by inhomogeneous nonlinear media. Nonlinear Dynamics, 106(1), 815-830. doi:10.1007/s11071-021-06834-0
- Zeng, L., Zeng, J., Kartashov, Y. V., & Malomed, B. A. (2019). Purely Kerr nonlinear model admitting flat-top solitons. Optics Letters, 44(5), 1206-1209. doi:10.1364/OL.44.001206
- Kartashov, Y. V., Malomed, B. A., Shnir, Y., & Torner, L. (2014). Twisted toroidal vortex solitons in inhomogeneous media with repulsive nonlinearity. Physical Review Letters, 113(26), 264101. doi:10.1103/PhysRevLett.113.264101
- Driben, R., Kartashov, Y. V., Malomed, B. A., Meier, T., & Torner, L. (2014). Soliton gyroscopes in media with spatially growing repulsive nonlinearity. Physical Review Letters, 112(2), 020404. doi:10.1103/PhysRevLett.112.020404
- Zeng, L., Zhu, X., Belić, M. R., Mihalache, D., Shi, J., & Chen, J. (2023). Multiple-peak and multiple-ring solitons in the nonlinear Schrödinger equation with inhomogeneous self-defocusing nonlinearity. Nonlinear Dynamics, 111(6), 5671-5680. doi:10.1007/s11071-022-08110-1
- Zhao, L. C., Li, S. C., & Ling, L. (2016). W-shaped solitons generated from a weak modulation in the Sasa-Satsuma equation. Physical Review E, 93(3), 032215. doi:10.1103/PhysRevE.93.032215
- Triki, H., Porsezian, K., Choudhuri, A., & Tchofo Dinda, P. (2017). W-shaped, bright and kink solitons in the quadratic-cubic nonlinear Schrödinger equation with time and space modulated nonlinearities and potentials. Journal of Modern Optics, 64(14), 1368-1376. doi:10.1080/09500340.2017.1288834
- Bendahmane, I., Triki, H., Biswas, A., Alshomrani, A. S., Zhou, Q., Moshokoa, S. P., & Belic, M. (2018). Bright, dark and W-shaped solitons with extended nonlinear Schrödinger's equation for odd and even higher-order terms. Superlattices and Microstructures, 114, 53-61. doi:10.1016/j.spmi.2017.12.007
- Triki, H., Zhou, Q., & Liu, W. (2019). W-shaped solitons in inhomogeneous cigar-shaped Bose-Einstein condensates with repulsive interatomic interactions. Laser Physics, 29(5), 055401. doi:10.1088/1555-6611/ab0a69
- Zeng, L., Malomed, B. A., Mihalache, D., Cai, Y., Lu, X., Zhu, Q., & Li, J. (2021). Bubbles and W-shaped solitons in Kerr media with fractional diffraction. Nonlinear Dynamics, 104(4), 4253-4264. doi:10.1007/s11071-021-06459-3
- Triki, H., Bensalem, C., Biswas, A., Zhou, Q., Ekici, M., Moshokoa, S. P., & Belic, M. (2019). W-shaped and bright optical solitons in negative indexed materials. Chaos, Solitons & Fractals, 123, 101-107. doi:10.1016/j.chaos.2019.04.003
-
Отримано розв’язки для W-подібних солітонів, які є стійкими за умови неоднорідної самодефокусуючої нелінійності Керра в нелинійному рівнянні Шредингера. Ці солітони є темними або сірими пучками, які поширюються на постійному фоні. Отриманя різні типи W-подібних солітонів, при певному встановленні параметрів рівняння. Усі W-подібні солітони є стійкими, що підтверджено лінійним аналізом стійкості, а також перевірено за допомогою прямого чисельного моделювання. Досліджено також дефект потужності, що виникає у цьому сімействі солітонів, і виявлено, що зміна дефекту потужності з константою поширення є майже лінійна. Крім стандартного поширення, продемонстровано можливість поширення з модульованими параметрами і виявлено, що раптова зміна відповідного параметра призводить до неприйнятних спотворень і нестійкості у рішенні, тоді як поступова зміна цього ж параметра відновлює стійку поведінку.
Ключові слова: W-подібні солітони, керрівська нелінійність, само-дефокусування, рівняння Шредінгера
© Ukrainian Journal of Physical Optics ©