Нелинейная динамика сверхмощных ультракоротких лазерных импульсов: эксафлопные вычисления на лабораторном компьютере и субпериодные световые пули

А.А. Воронин^а, б, А.М. Желтиков^{а, б, в, г}
^аМеждународный лазерный центр, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Физический факультет, Воробьевы горы, Москва, 119992, Российская Федерация
^бМеждународный центр квантовой оптики и квантовых технологий (Российский квантовый центр), ул. Новая 100, Сколково, Московская обл., 143025, Российская Федерация
^вTexas A&M University, College Station, Texas, USA
^гНациональный исследовательский центр «Курчатовский институт», пл. акад. Курчатова 1, Москва, 123182, Российская Федерация

Распространение мощных сверхкоротких световых импульсов сопровождается сложной нелинейной пространственно-временнóй динамикой, в которой многообразные эффекты спектрально-временнóго преобразования поля неразрывно связаны с неоднородной по импульсу пространственной динамикой светового пучка. Анализ нелинейной динамики мощных сверхкоротких световых импульсов с учётом пучковых неустойчивостей, распада пучка на множественные филаменты, а также уникальных явлений формирования предельно коротких импульсов светового поля приводит к задачам, эквивалентным по вычислительной сложности задачам моделирования временнóй эволюции физической системы с несколькими миллиардами степеней свободы. Для выполнения расчётов такого класса сложности требуется эксафлопный объём вычислительных операций, который, как правило, выполняется с использованием суперкомпьютеров. Представлены методы физического моделирования и численного анализа, позволяющие решать подобные задачи на лабораторном компьютере с объединёнными в кластер графическими ускорителями. Выполненные таким методом эксафлопные вычисления указывают на существование новых уникальных явлений пространственно-временнóй динамики сверхмощных ультракоротких световых импульсов. Показана возможность формирования мощных световых импульсов рекордно малой длительности в виде световых пуль, в которых световое поле оказывается локализованным одновременно в пространстве и времени благодаря балансу дисперсии и нелинейности в условиях подавления дифракционной расходимости пучка в результате совместного действия керровской и ионизационной нелинейностей.

Текст pdf (1,4 Мб)

Скачивая файл я соглашаюсь с условиями использования.

English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2016.02.037700

Ключевые слова: сверхкороткие лазерные импульсы, нелинейная оптика, лазерная филаментация
PACS: 42.65.Re
DOI: 10.3367/UFNr.2016.02.037700
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2016/9/e/
Web of Science

000391228000004
Scopus

2-s2.0-85006129611
ADS NASA

2016PhyU...59..869V
Цитата: Воронин А А, Желтиков А М "Нелинейная динамика сверхмощных ультракоротких лазерных импульсов: эксафлопные вычисления на лабораторном компьютере и субпериодные световые пули" УФН 186 957–966 (2016)

BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 24 января 2016, одобрена в печать: 2 февраля 2016

English citation: Voronin A A, Zheltikov A M “Nonlinear dynamics of high-power ultrashort laser pulses: exaflop computations on a laboratory station and subcycle light bullets” Phys. Usp. 59 869–877 (2016); DOI: 10.3367/UFNe.2016.02.037700

Список литературы (44) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (25) Похожие статьи (19)

Fattahi H et al. Optica 1 45 (2014)
Коржиманов А В и др. УФН 181 9 (2011); Korzhimanov A V et al. Phys. Usp. 54 9 (2011)
Couairon A, Mysyrowicz A Phys. Rep. 441 47 (2007)
Bergé L et al. Rep. Prog. Phys. 70 1633 (2007)
Serebryannikov E E, Goulielmakis E, Zheltikov A M New J. Phys. 10 093001 (2008)
Chin S L Femtosecond Laser Filamentation (Springer Series on Atomic, Optical, and Plasma Physics) Vol. 55 (New York: Springer, 2010)
Чекалин С В, Кандидов В П УФН 183 133 (2013); Chekalin S V, Kandidov V P Phys. Usp. 56 123 (2013)
Zheltikov A Appl. Phys. B 77 143 (2003)
Kasparian J et al. Science 301 61 (2003)
Желтиков А М УФН 176 623 (2006); Zheltikov A M Phys. Usp. 49 605 (2006)
Silva F et al. Nature Commun. 3 807 (2012)
Lanin A A et al. Opt. Lett. 39 6430 (2014)
Liang H et al. Opt. Lett. 40 1069 (2015)
Hauri C P et al. Appl. Phys. B 79 673 (2004)
Couairon A et al. Opt. Lett. 30 2657 (2005)
Skupin S et al. Phys. Rev. E 74 056604 (2006)
Kartashov D et al. Phys. Rev. A 86 033831 (2012)
Malevich P N et al. Opt. Express 20 18784 (2012)
Malevich P N et al. Opt. Lett. 40 2469 (2015)
Беспалов В И, Таланов В И Письма в ЖЭТФ 3 471 (1966); Bespalov V I, Talanov V I JETP Lett. 3 307 (1966)
Voronin A A et al. Opt. Commun. 291 299 (2013)
Voronin A A, Zheltikov A M Phys. Rev. A 94 023824 (2016)
Voronin A A, Zheltikov A M Phys. Rev. A 90 043807 (2014)
Zhokhov P A, Zheltikov A M Phys. Rev. Lett. 110 183903 (2013)
Келдыш Л В ЖЭТФ 47 1945 (1964); Keldysh L V Sov. Phys. JETP 20 1307 (1965)
Попов В С УФН 174 921 (2004); Popov V S Phys. Usp. 47 855 (2004)
Foster I T Designing and Building Parallel Programs. Concepts and Tools for Parallel Software Engineering (Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1995)
Manavski S A, Valle G BMC Bioinform. 9 S10 (2008)
Popmintchev T et al. Science 336 1287 (2012)
Mitrofanov A V et al. Sci. Rep. 5 8368 (2015)
Митрофанов А В и др. УФН 185 97 (2015); Mitrofanov A V et al. Phys. Usp. 58 89 (2015)
Mitrofanov A V et al. Opt. Lett. 40 2068 (2015)
Durand M et al. Phys. Rev. Lett. 110 115003 (2013)
Majus D et al. Phys. Rev. Lett. 112 193901 (2014)
Agrawal G P Applications of Nonlinear Fiber Optics (San Diego: Academic Press, 2001)
Желтиков А М УФН 177 737 (2007); Zheltikov A M Phys. Usp. 50 705 (2007)
Goulielmakis E et al. Science 317 769 (2007)
Wirth A et al. Science 334 195 (2011)
Huang S-W et al. Nature Photon. 5 475 (2011)
Balciunas T et al. Nature Commun. 6 6117 (2015)
Corkum P B, Krausz F Nature Phys. 3 381 (2007)
Zheltikov A M Phys. Rev. A 88 063847 (2013)
Silberberg Y Opt. Lett. 15 1282 (1990)
Moll K D, Gaeta A L, Fibich G Phys. Rev. Lett. 90 203902 (2003)