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Vector vortex solitons in nematic liquid crystals

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English Summary

The researchers analyzed the existence of vector solitons in nematic liquid crystals for which one component describes a spatially localized beam while another carries angular momentum. They demonstrated that when nonlocality parameter ν exceeds some threshold value, field coupling could lead to stabilization of vortex beams when coupled with Gaussian beams. The researchers employed stationary solutions and numerical simulations using Eqs.(1) for this effect.

Key Technical Terms

Below are key technical terms and their explanations to help understand the core concepts of this paper. You can explore related external resources via the links next to each term.

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Vector vortex solitons in nematic liquid crystals Zhiyong Xu1,∗, Noel F. Smyth2, Antonmaria A. Minzoni3, and Yuri S. Kivshar1 1Nonlinear Physics Center, Research School of Physics and Engineering, Australian National University, Canberra ACT 0200, Australia 2School of Mathematics and Maxwell Institute for Mathematical Sciences, University of Edinburgh, Edinburgh, Scotland EH9 3JZ, U.K. 3Fenomenos Nonlineales y Mec´anica (FENOMEC), Department of Mathematics and Mechanics, Instituto de Investigaci´on en Matem´aticas Aplicadas y Sistemas, Universidad Nacional Aut´onoma de M´exico, 01000 M´exico D.F., M´exico ∗Corresponding author: xzy124@rsphysse.anu.edu.au Compiled April 24, 20222008 We analyze the existence and stability of two-component vector solitons in nematic liquid crystals for which one of the components carries angular momentum and describes a vortex beam. We demonstrate that the nonlocal, nonlinear response can dramatically enhance the field coupling leading to the stabilization of the vortex beam when the amplitude of the second beam exceeds some threshold value. We develop a variationalDec approach to describe this effect analytically. c⃝2022 Optical Society of America 190.4420; 190.5530; 190.594028 OCIS codes: Optical vortices are usually introduced as phase singu- coupling, leading to the stabilization of the vortex for larities in diffracting optical beams [1] and can be gener- much weaker nonlocality when the amplitude of the sec- ated in both linear and nonlinear media. The well known ond beam exceeds some threshold value. We develop a effect accompanying the propagation of such singular variational approach to describe this effect analytically. beams and vortex solitons in self-focusing, nonlinear me- We consider the propagation of two light beams of dif- dia is vortex breakup into several fundamental solitons ferent wavelengths in a cell filled with a nematic liquid via a symmetry-breaking azimuthal instability [2]. How- crystal. The light propagates in the z direction, with the ever, recent numerical studies have revealed that spa- (x, y) plane orthogonal…

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한글 요약 (Korean Summary)

연구자들은 하나의 성분이 공간적으로 국소화 된 빔을 설명하는 반면, 다른 구성 요소는 각도 운동량을 전달하는 천성 액정에서 벡터 솔리톤의 존재를 분석했다. 그들은 비 지성 매개 변수 ν가 일부 임계 값을 초과 할 때, 필드 커플 링은 가우시안 빔과 결합 될 때 와류 빔의 안정화로 이어질 수 있음을 보여 주었다. 연구원들은이 효과를 위해 식 (1)을 사용하여 고정 솔루션 및 수치 시뮬레이션을 사용했습니다.

주요 기술 용어 (한글 설명)

  • Optical Vortices
    설명 (Korean): 광학 소용돌이 빔의 중심에서의 특이성, 가우시안 빔과 결합 될 때 벡터 솔리톤의 안정화에 중요합니다.
    (Original English: Singularities in the center of optical vortex beams, crucial for stabilization of vector solitons when coupled with Gaussian beams.)
  • Vector Solitons
    설명 (Korean): 한 구성 요소가 각 운동량을 전달하고 공간적으로 국소화 된 빔을 설명하는 2 색자가 트랩 빔으로 보이는 (1)에 대한 솔루션; 비 국소 매체에서 와류 안정성을 분석하는 데 중요합니다.
    (Original English: Solutions to Eqs.(1) that appear as two-color self-trapped beams where one component carries angular momentum and describes a spatially localized beam; critical for analyzing vortex stability in nonlocal media.)
  • Spatial Localized Beams
    설명 (Korean): 가우시안 빔과 결합 될 때 벡터 솔리톤으로 나타나는 식 (1)에 대한 솔루션은 네마 틱 액정에서 소용돌이 빔의 안정화에 대한 필드 커플 링의 효과를 연구하는 데 중요하다.
    (Original English: Solutions to Eqs.(1), appearing as vector solitons when coupled with Gaussian beams, crucial for studying the effects of field coupling on stabilization of vortex beams in nematic liquid crystals.)

발췌문 한글 번역 (Korean Translation of Excerpt)

선충 액정의 벡터 소용돌이 솔리톤 Zhiyong XU1, *, Noel F. Smyth2, Antonmaria A. Minzoni3 및 Yuri S. Kivshar1 1Nonlinear Physics Center, 물리학 연구소, 캔버라 법 0200, 호주 2200, 수학 및 Maxwell Institute, Maxwell Institute, Canberra Act 0200, Australian National University, Canberra Act 0200, 에딘버러, 스코틀랜드 EH9 3JZ, 영국 3fenomenos nonlineales y mec´anica (Fenomec), 수학 및 기계, Instituto de Investigaci´on en m’cimadas y sistemas, Universidad Nacional Autt ‘om’exico, 01000 M’Exo d.f.f. 저자 : xzy124@rsphysse.anu.edu.au 2022008 년 4 월 24 일 컴파일 된 우리는 구성 요소 중 하나가 각 운동량을 전달하고 Vortex Beam을 설명하는 네마 틱 액정에서 2 성분 벡터 솔리톤의 존재와 안정성을 분석합니다. 우리는 두 번째 빔의 진폭이 일부 임계 값을 초과 할 때 비 국소적이고 비선형 응답이 소용돌이 빔의 안정화로 이어지는 필드 커플 링을 극적으로 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 우리는이 효과를 분석적으로 설명하기위한 변형 알렉스 접근법을 개발합니다. C⃝2022 America Optical Society 190.4420; 190.5530; 190.594028 OCIS 코드 : 광학 소용돌이는 일반적으로 위상 싱가 커플 링으로 도입되며, 광학 빔을 분리 할 때 LARITIE에 대한 소용돌이의 안정화를 초래하며 선형 및 비선형 매체 모두에서 SEC의 진폭이 생성 될 때 훨씬 약한 비 국소성이 될 수 있습니다. 잘 알려진 OND 빔은 일부 임계 값을 초과합니다. 우리는이 효과를 분석적으로 설명하기 위해 이러한 단수 변이 접근법의 전파와 함께 영향을 받는다. 자가 중심의 비선형 Me에서의 빔과 소용돌이 솔리톤- 우리는 두 개의 광선 빔의 전파가 대칭적인 무기방 불안정성을 통해 네마 틱 액체로 가득 찬 세포에서 여러 기본 솔리톤 파장으로의 소용돌이 분해라고 생각한다 [2]. How- Crystal. 빛은 z 방향으로 전파되며, 최근의 수치 연구에 따르면 Spa- (x, y) 평면 직교 …

Source: arXiv.org (or the original source of the paper)

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