Численное моделирование световых структур в объемных ENZ-средах с керровской нелинейностью
В. П. Рубан
Институт теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН, 142432 Черноголовка, Россия
Abstract
Предложена упрощенная математическая модель для описания динамики
квазимонохроматической световой волны в объеме эффективно изотропного
метаматериала с близкой к нулю усредненной диэлектрической проницаемостью
(так называемая ENZ-среда) при наличии слабой пространственной неоднородности,
керровской нелинейности, а также линейного усиления под действием
внешней накачки. Модель представляет собой векторное уравнение
Гинзбурга-Ландау общего вида с доминированием слагаемого ротор-ротор
в дисперсионном операторе и напоминает уравнение для электромагнитных
волн в плазме [E. A. Kuznetsov, "The collapse of electromagnetic waves
in a plasma", ZhETF 66, 2037 (1974)].
В случае чисто действительных керровских коэффициентов хорошо работает
численный метод с расщепленным шагом (split-step Fourier method),
который позволил пронаблюдать различные варианты нетривиальной эволюции
как центрально симметричных, так и тороидальных векторных волновых
структур в квадратичной потенциальной яме, а также нелинейное
взаимодействие между продольными и поперечными волнами в случае
комбинации указанных структур.