Nondiffracting and nonattenuating vortex light beams in media with nonlinear absorption of orbital angular momentum

Porras, Miguel A.; Ruiz-Jiménez, Carlos

doi:10.1364/josab.31.002657

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“…In absence of Kerr nonlinearity (α = 0), a in and a out turn out numerically to be real, while with dispersive nonlinearities as Kerr nonlinearity arg(a out ) = −arg(a in ). Similar asymptotic analysis has been made recently for vortex Bessel beams [20]. A particular NAB and its asymptotic form in Eq.…”

Section: Nonlinear Airy Beams With Finite Nonlinear Lossessupporting

confidence: 75%

“…These nonlinear Airy beams (NABs) cannot have arbitrary intensities, but their peak intensity is always lower than a maximum value determined by the optical properties of medium. The mechanism of stationarity of NABs is similar to that described earlier for nonlinear Bessel beams in the same regime [19,20]. Asymptotically, a NAB behaves as a linear Airy beam except that the amplitudes, say |a in | and |a out |, of its inward and outward Hänkel components are not equal.…”

Section: Introductionsupporting

confidence: 54%

“…When an Airy beam (a in = a out ≡ a 0 ), apodized or not, at its waist or not, is launched into the nonlinear medium, the NAB that preserves the amplitude of the asymptotic inward Hänkel component, i. e., that with |a in | = a 0 , tends to be spontaneously formed. A similar conservation principle has been given recently for Bessel beams [20]. The nonlinear dynamics of Airy beams is then determined by the asymptotic behavior of NABs, which is analyzed in detail in Sec.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 80%

“…(2), the strongly distorting effects caused by the finiteness of the computational box in unapodized Airy beams are eliminated by the procedure of replacing the propagated envelopeÃ at each numerical propagation step by the linearly propagated Airy beam in a narrow interval about the ends of the computational box. This procedure is justified because we know that nonlinear effects in the beam profile start, as for Bessel beams [19,20] at the Airy main maximum and propagate outwards. Of course, the numerical simulations are valid only up to the distance at which nonlinear effects reach the end of the computational box.…”

Section: Dynamics Of Ideal Airy Beams In the Nonlinear Mediummentioning

confidence: 99%

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On the dynamics of Airy beams in nonlinear media with nonlinear losses

Ruiz-Jiménez¹,

Nóbrega²,

Porras³

2015

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Abstract:We investigate on the nonlinear dynamics of Airy beams in a regime where nonlinear losses due to multi-photon absorption are significant. We identify the nonlinear Airy beam (NAB) that preserves the amplitude of the inward Hänkel component as an attractor of the dynamics. This attractor governs also the dynamics of finite-power (apodized) Airy beams, irrespective of the location of the entrance plane in the medium with respect to the Airy waist plane. A soft (linear) input long before the waist, however, strongly speeds up NAB formation and its persistence as a quasi-stationary beam in comparison to an abrupt input at the Airy waist plane, and promotes the formation of a new type of highly dissipative, fully nonlinear Airy beam not described so far.

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Section: Nonlinear Airy Beams With Finite Nonlinear Lossessupporting

confidence: 75%

Section: Introductionsupporting

confidence: 54%

Section: Introductionmentioning

confidence: 80%

Section: Dynamics Of Ideal Airy Beams In the Nonlinear Mediummentioning

confidence: 99%

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On the dynamics of Airy beams in nonlinear media with nonlinear losses

Ruiz-Jiménez¹,

Nóbrega²,

Porras³

2015

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“…En esta tesis se compendia el trabajo desarrollado para la elaboración de tres artículos publicados recientemente (Porras y Ruiz-Jiménez 2014;Ruiz-Jiménez, Nóbrega, y Porras 2015;Porras, Ruiz-Jiménez, y Losada 2015), en los que se analizan en profundidad las características de la propagación de haces de Airy y de Bessel lineales introducidos en medios Kerr que presentan absorción no lineal. En el capítulo 1 se presenta la ecuación diferencial no lineal en derivadas parciales que rige la dinámica, la ecuación de Schrödinger no lineal.…”

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Dinámica no lineal de haces ópticos de Airy y de Bessel en medios Kerr con absorción no lineal

Jiménez¹

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v vi AgradecimientosTambién recuerdo ahora a los compañeros de carrera, en especial a Jose, a Ramón y a Domingo, con quienes he mantenido tantas charlas de Física a lo largo de estos años. Ellos han contribuido de manera importante a forjar mi curiosidad en los temas científi-cos, crucial si uno quiere desarrollar un trabajo de investigación.Y aunque no tengan que ver con el mundo científico propiamente dicho, creo que debo acordarme de todos los amigos que siempre han estado ahí, los del Instituto y los que hice en el mundo de la empresa, en especial a los excompañeros de Infonis, con los que todavía tengo contacto, y los que me acompañaron durante tantas horas dedicadas a "picar" códi-go. Sin duda la experiencia en la empresa privada no fue en vano, y estoy convencido de que conocimientos tan efímeros como los informáticos son sin embargo muyútiles al dejar una base de habilidades y destrezas que nunca se pierde.Porúltimo, agradecer a mi familia el apoyo que me ha dado, especialmente en la adolescencia, cuando un grave problema de salud me obligó a dejar los estudios. Ellos siempre me animaron a remontar. Mi padre, si todavía estuviera conmigo, estoy seguro de que se habría alegrado mucho de mi decisión, y mi madre, que se me fue el año pasado, estaría orgullosa de verme, si consigo doctorarme después de tantos años. Y Ana, con la que tengo la suerte de compartir mi vida, espero que se pueda sentir contenta por mi y perdone todas las horas que le ha robado este trabajo.A todos ellos, gracias. ResumenA lo largo de esta tesis se estudia la propagación no lineal de haces de luz de tipo Airy y Bessel en medios no lineales en un régimen de altas intensidades en donde no sólo son importantes los efectos debidos a la difracción y a la no linealidad Kerr, que da lugar a la autofocalización, sino que también son importantes los efectos de absorción no lineal del material.Se trata del estudio de un sistema complejo, no aislado, altamente no lineal y disipativo, que encuentra su aplicación más importante en el fenómeno conocido como filamentación, de creciente interés debido a los avances recientes que se han conseguido en este campo utilizando haces de Airy y de Bessel para provocar la ionización del medio, siendo las dos no linealidades estudiadas, efecto Kerr y absorción debida a la ionización multifotón, las que determinan sustancialmente la propagación de los haces y el canal de plasma que generan.Se ha encontrado que, a estas intensidades, los haces de Airy y de Bessel alcanzan regímenes estacionarios de propagación que actúan como atractores de la dinámica. Estos atractores son, respectivamente, un haz de Airy no lineal y uno de Bessel no lineal. En el caso del haz de Bessel se ha trabajado tanto con el fundamental como con los de orden superior o con vórtice. Estos atractores son los estados estacionarios no lineales de la ecuación de Schrödinger no lineal que rige la propagación. La estacionariedad en la propagación es debida a la cancelación mutua de los efectos de difracción y de autofocalización, y a que la ...

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Nonlinear Vortex Light Beams Supported and Stabilized by Dissipation

Porras

Ruiz-Jiménez

Carvalho

2017

Understanding Complex Systems

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We describe nonlinear Bessel vortex beams as localized and stationary solutions with embedded vorticity to the nonlinear Schrödinger equation with a dissipative term that accounts for the multi-photon absorption processes taking place at high enough powers in common optical media. In these beams, power and orbital angular momentum are permanently transferred to matter in the inner, nonlinear rings, at the same time that they are refueled by spiral inward currents of energy and angular momentum coming from the outer linear rings, acting as an intrinsic reservoir. Unlike vortex solitons and dissipative vortex solitons, the existence of these vortex beams does not critically depend on the precise form of the dispersive nonlinearities, as Kerr self-focusing or self-defocusing, and do not require a balancing gain. They have been shown to play a prominent role in "tubular" filamentation experiments with powerful, vortex-carrying Bessel beams, where they act as attractors in the beam propagation dynamics. Nonlinear Bessel vortex beams provide indeed a new solution to the problem of the stable propagation of ring-shaped vortex light beams in homogeneous self-focusing Kerr media. A stability analysis demonstrates that there exist nonlinear Bessel vortex beams with single or multiple vorticity that are stable against azimuthal breakup and collapse, and that the mechanism that renders these vortexes stable is dissipation. The stability properties of nonlinear Bessel vortex beams explain the experimental observations in the tubular filamentation experiments.

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Nondiffracting and nonattenuating vortex light beams in media with nonlinear absorption of orbital angular momentum

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On the dynamics of Airy beams in nonlinear media with nonlinear losses

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Dinámica no lineal de haces ópticos de Airy y de Bessel en medios Kerr con absorción no lineal

Nonlinear Vortex Light Beams Supported and Stabilized by Dissipation

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