Patterns and Solitons in nonlinear optical resonators Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig/Germany V.B. Taranenko, K. Staliunas, G. Slekys.

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1 Patterns and Solitons in nonlinear optical resonators Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig/Germany V.B. Taranenko, K. Staliunas, G. Slekys C.O. Weiss

2 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Contents: Pattern and solitons in parametric wave mixing Solitons in laser with nonlinear absorber Moving solitons Simultaneous existence of larger numbers of solitons Conclusion

3 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Phase solitons in 4-wave-mixing (prediction)

4 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Phase-conjugating resonator

5 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Phase domains

6 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Dynamics of phase domains (solitons)

7 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Contraction of phase front

8 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Growing phase domains

9 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Phase fronts Fronts and solitons

10 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Coexistence of fronts and solitons

11 Physikalisch-Technische Bundesanstalt 3-D Phase domains

12 Physikalisch-Technische Bundesanstalt 3-D Phase solitons

13 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Tetraedal (diamond-) pattern

14 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Vortex rings in fast laser

15 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Self-imaging laser resonator with nonlinear elements in conjugated planes

16 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Soliton in laser with nonlinear absorber

17 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Soliton can be switched on everywhere

18 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Moving a soliton by a phase gradient

19 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Trapping a soliton by a „phase-trough“

20 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Longitudinal mode families of a plane resonator

21 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Moving solitons (schematic)

22 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Moving solitons (experiment)

23 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Moving solitons (numerical calculation) near fieldfar field

24 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Self-imaging laser resonator with nonlinear elements in image plane

25 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Development of spatial solitons from a laser „vortex fluid“

26 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Coexisting larger numbers of solitons

27 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Splitting (self-replication) of solitons

28 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Vortex soliton (calculated)

29 Physikalisch-Technische Bundesanstalt Conclusions: Phase solitons exist in 4-wave-mixing resonators Bright solitons exist in laser resonators with nonlinear absorber (competition in velocity space or coexistence of several solitons) Applications possible for optical information processing (see paper by Larionova: Spatial Solitons in Semiconductor Microcavities)