¹6, 2007 ã.
© Ðîçàíîâ Í.Í.
Ìèð ëàçåðíûõ ñîëèòîíîâ
Í.Í. Ðîçàíîâ
Íèêîëàé Íèêîëàåâè÷ Ðîçàíîâ, ä. ô.-ì.í., çàâ. òåîð. îòä. Ãîñóäàðñòâåííîãî îïòè÷åñêîãî èíñòèòóòà èì.Ñ.È.Âàâèëîâà (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã),
ïðîôåññîð Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé, ìåõàíèêè è îïòèêè.Íåñêîëüêî âåêîâ ÷àñòèöû è âîëíû ðàññìàòðèâàëèñü íàóêîé êàê ïðîòèâîïîëîæíîñòè. Äåéñòâèòåëüíî, ÷àñòèöû (òåëà) îáëàäàþò îïðåäåëåííîé ôîðìîé, êîòîðàÿ åñëè è ìåíÿåòñÿ â ïðîöåññàõ, ïðîèñõîäÿùèõ ñ íèìè, òî ëèøü íåçíà÷èòåëüíî. À âîëíû, äàæå áóäó÷è ñêîíöåíòðèðîâàííûìè â óçêîé îáëàñòè ïðîñòðàíñòâà â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè, ïî ìåðå ðàñïðîñòðàíåíèÿ “ðàñïëûâàþòñÿ” ïî âñå áîëüøåé îáëàñòè, ÷òî ìû âèäèì, íàïðèìåð, ïðè ïàäåíèè êàìíÿ â âîäó. Òàêîå ðàçëè÷èå, êàçàëîñü áû, îòâåðãàåò âîçìîæíîñòü ñêîíñòðóèðîâàòü ÷àñòèöó èç âîëí. Ìîæíî, êîíå÷íî, ïðåäîòâðàòèòü “ðàñïëûâàíèå” âîëí èñêóññòâåííûìè “ñòåíêàìè” - íåîäíîðîäíîñòüþ ñðåäû, â êîòîðîé ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ âîëíû (÷òî ðåàëèçîâàíî â âîëíîâîäàõ). Íî çäåñü íàñ èíòåðåñóåò ïðèíöèïèàëüíûé âîïðîñ î ëîêàëèçàöèè âîëí â îäíîðîäíîé ñðåäå. Ýòî àêòóàëüíî è äëÿ êâàíòîâîé ìåõàíèêè, íàäåëÿþùåé îáúåêòû îäíîâðåìåííî âîëíîâûìè è êîðïóñêóëÿðíûìè ñâîéñòâàìè. Îáùèé îòâåò ñîñòîèò â òîì, ÷òî òàêàÿ ëîêàëèçàöèÿ çàïðåùåíà â ðàìêàõ ëèíåéíîé íàóêè, â êîòîðîé âîëíû (èçëó÷åíèå) îáëàäàþò ñòîëü ìàëîé ìîùíîñòüþ, ÷òî íå ìåíÿþò ñâîéñòâ ïåðåäàþùåé èõ ñðåäû. Íî ñ ó÷åòîì ýôôåêòîâ ñàìîâîçäåéñòâèÿ, ò.å. èçìåíåíèÿ õàðàêòåðèñòèê ñðåäû äîñòàòî÷íî ìîùíûìè âîëíàìè, âîçìîæíîé îêàçûâàåòñÿ íåëèíåéíàÿ ëîêàëèçàöèÿ.
Ïîäîáíûå óñòîé÷èâûå ëîêàëèçîâàííûå (çà ñ÷åò íåëèíåéíîñòè ñðåäû) ñòðóêòóðû â îäíîðîäíûõ ñðåäàõ íàçûâàþò ñîëèòîíàìè, èëè óåäèíåííûìè âîëíàìè. Îíè ðàçáèâàþòñÿ íà äâà áîëüøèõ êëàññà. Ïåðâûé èç íèõ - êîíñåðâàòèâíûå ñîëèòîíû, ñóùåñòâóþùèå â ñèñòåìàõ ñ ïðåíåáðåæèìî ñëàáîé äèññèïàöèåé, ðîëü êîòîðîé ñâîäèòñÿ, â îñíîâíîì, ê îãðàíè÷åíèþ âðåìåíè æèçíè ñîëèòîíà; â èäåàëüíîé êîíñåðâàòèâíîé ñèñòåìå ñîëèòîí îáëàäàåò áåñêîíå÷íûì âðåìåíåì æèçíè. Âòîðîé êëàññ, çàñåëåííûé àâòîñîëèòîíàìè, èëè äèññèïàòèâíûìè ñîëèòîíàìè, âîçíèêàåò áëàãîäàðÿ áàëàíñó ïðèòîêà è îòòîêà ýíåðãèè, íàëè÷èå êîòîðûõ äëÿ àâòîñîëèòîíîâ - âîïðîñ “æèçíè è ñìåðòè”.
Îãëÿäûâàÿñü íàçàä
Ïåðâûå íàó÷íûå ñòàòüè ïî ñîëèòîíàì (â ñîâðåìåííîé òåðìèíîëîãèè) äàòèðóþòñÿ XIX â. [1].  1831 ã. Ì.Ôàðàäåé ïèñàë î íàáëþäåíèÿõ ìåëêèõ íåïîäâèæíûõ è äâèæóùèõñÿ “êó÷åê” â ñëîå ïóäðû, ïîìåùåííîé íà êîëåáëþùåéñÿ ïëàòôîðìå. Êîëåáàíèÿ ïëàòôîðìû ñëóæèëè èñòî÷íèêîì ýíåðãèè, òàê ÷òî òàêèå “êó÷êè” ñëåäóåò ïðè÷èñëèòü ê àâòîñîëèòîíàì (ñåé÷àñ èõ íàçûâàþò îñöèëëîíàìè). Íåñêîëüêèìè ãîäàìè ïîçæå Ð.Ñêîòò îïèñàë ôîðìèðîâàíèå è ðàñïðîñòðàíåíèå êîíñåðâàòèâíîãî ñîëèòîíà - âàëà âîäû ïî÷òè íåèçìåííîé ôîðìû, äâèæóùåãîñÿ â êàíàëå.  XX â. ñîëèòîíû îáîèõ êëàññîâ øèðîêî èññëåäîâàëèñü ïðàêòè÷åñêè âî âñåõ îáëàñòÿõ ôèçèêè, â àñòðîôèçèêå, ãèäðîäèíàìèêå, õèìèè è áèîëîãèè.
Ïðèìåíèòåëüíî ê îïòèêå ýïîõà ñîëèòîíîâ íà÷àëàñü âìåñòå ñ ïîÿâëåíèåì ëàçåðîâ, ÷üå ìîùíîå èçëó÷åíèå ìåíÿåò îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ñðåäû, â êîòîðîé îíî ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ. Ñëàáîå èçëó÷åíèå ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè â îäíîðîäíîé ñðåäå âñåãäà ðàñïëûâàåòñÿ â ïîïåðå÷íûõ íàïðàâëåíèÿõ (ïî îòíîøåíèþ ê îñíîâíîìó ëó÷ó) èç-çà äèôðàêöèè, âûçâàííîé âîëíîâûì õàðàêòåðîì ñâåòà, à â ïðîäîëüíîì íàïðàâëåíèè - èç-çà äèñïåðñèè ñðåäû (ðàçëè÷èÿ åå ñâîéñòâ äëÿ èçëó÷åíèÿ ñ ðàçëè÷íûìè äëèíàìè âîëí).  1962 ã. Ã.À.Àñêàðüÿí ïðåäñêàçàë ýôôåêò ñàìîôîêóñèðîâêè ëàçåðíûõ ïó÷êîâ â ïðîçðà÷íîé ñðåäå ñ çàâèñÿùèì îò èíòåíñèâíîñòè ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ. Êàê èçâåñòíî, ëó÷è ñâåòà â ñðåäå ñ íåîäíîðîäíûì ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ èçãèáàþòñÿ â ñòîðîíó áîëüøåãî ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ. Íî â ëàçåðíîì ïó÷êå èíòåíñèâíîñòü ìàêñèìàëüíà íà åãî îñè è ñïàäàåò ê ïåðèôåðèè. Òîãäà, åñëè ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ âîçðàñòàåò ñ ðîñòîì èíòåíñèâíîñòè, ëó÷è áóäóò èçãèáàòüñÿ ê îñè ïó÷êà, è ñðåäà ñòàíåò ýêâèâàëåíòíîé ñîáèðàþùåé (ôîêóñèðóþùåé) ëèíçå. Òàêàÿ íåëèíåéíàÿ ôîêóñèðîâêà ñïîñîáíà ñêîìïåíñèðîâàòü ëèíåéíîå (äèôðàêöèîííîå) ðàñïëûâàíèå, ÷òî è îòâå÷àåò êîíñåðâàòèâíîìó ñîëèòîíó. Òî÷íåå, ýòî ïðîñòðàíñòâåííûé êîíñåðâàòèâíûé ñîëèòîí, òàê êàê â íåì íåëèíåéíàÿ ëîêàëèçàöèÿ ïðîèñõîäèò òîëüêî â ïîïåðå÷íîì íàïðàâëåíèè. Ýôôåêò ñàìîôîêóñèðîâêè îçíà÷àåò âîçìîæíîñòü ïåðåäà÷è ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ â âèäå ïó÷êà íåèçìåííîé ôîðìû è äèàìåòðà íà áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ. Ïîçæå áûëè îòêðûòû è âðåìåííû˜å êîíñåðâàòèâíûå ñîëèòîíû - â ñâåòîâîäàõ, äëÿ êîòîðûõ íåëèíåéíàÿ ôîêóñèðîâêà óðàâíîâåøèâàåò ëèíåéíîå äèñïåðñèîííîå ðàñøèðåíèå èìïóëüñîâ, è ñåé÷àñ óæå ôóíêöèîíèðóåò íåñêîëüêî êîììåð÷åñêèõ ëèíèé ñâÿçè íà îñíîâå âðåìåííû˜õ îïòè÷åñêèõ ñîëèòîíîâ [1].
Ðåàëüíûå ñðåäû îáëàäàþò õîòÿ áû ñëàáûì ïîãëîùåíèåì, êîòîðîå ñëåäóåò êîìïåíñèðîâàòü äëÿ óâåëè÷åíèÿ ðàññòîÿíèÿ, íà êîòîðîå ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ ñîëèòîíû. Êîìïåíñàöèè ìîæíî äîáèòüñÿ, åñëè ââåñòè â ñõåìó óñèëåíèå, íî â äåéñòâèòåëüíîñòè íàëè÷èå ýòèõ äèññèïàòèâíûõ ôàêòîðîâ ìîæåò èìåòü áîëåå ñåðüåçíûå ïîñëåäñòâèÿ. Îòêðûâàåòñÿ ïåðñïåêòèâà ïîäàâëåíèÿ äèôðàêöèîííîãî ðàñïëûâàíèÿ ëàçåðíîãî ïó÷êà, ïî àíàëîãèè ñ ýôôåêòîì ñàìîôîêóñèðîâêè, çà ñ÷åò íåëèíåéíîñòè ñàìèõ äèññèïàòèâíûõ ôàêòîðîâ - ïîãëîùåíèÿ è óñèëåíèÿ ñðåäû èëè, îáîáùàÿ, èñòî÷íèêîâ è ñòîêîâ ýíåðãèè â íåëèíåéíûõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåìàõ. Òî, ÷òî òàêèå îïòè÷åñêèå àâòîñîëèòîíû äåéñòâèòåëüíî ñóùåñòâóþò, áûëî ïðîäåìîíñòðèðîâàíî â 1980-õ ãîäàõ (ñì. [2] è ïðèâåäåííóþ òàì ëèòåðàòóðó).  ïîñëåäíåå âðåìÿ èíòåðåñ ê àâòîñîëèòîíàì âîîáùå è ê îïòè÷åñêèì àâòîñîëèòîíàì â îñîáåííîñòè áûñòðî ðàñòåò. Ýòî âûçâàíî êàê èñêëþ÷èòåëüíûì ðàçíîîáðàçèåì òèïîâ îïòè÷åñêèõ àâòîñîëèòîíîâ è íåîáû÷íîñòüþ èõ ôèçèêè, òàê è èõ ïîòåíöèàëîì äëÿ ïðèëîæåíèé â òåëåêîììóíèêàöèîííûõ òåõíîëîãèÿõ.  ñâÿçè ñ ðàñøèðåíèåì êðóãà èññëåäîâàòåëåé âîçíèêëè è ðàñõîæäåíèÿ â îïðåäåëåíèè ýòîãî òåðìèíà, ââåäåííîãî Á.Ñ.Êåðíåðîì è Â.Â.Îñèïîâûì [3]. Ìû áóäåì ñëåäîâàòü îïðåäåëåíèþ [4], ñîãëàñíî êîòîðîìó àâòîñîëèòîíû, èëè äèññèïàòèâíûå ñîëèòîíû, ÿâëÿþòñÿ óñòîé÷èâûìè ëîêàëèçîâàííûìè ñòðóêòóðàìè ïîëÿ â îäíîðîäíîé èëè ñëàáî ïðîìîäóëèðîâàííîé íåêîíñåðâàòèâíîé (ñ ñóùåñòâåííûì ýíåðãîîáìåíîì) íåëèíåéíîé ñðåäå èëè ñèñòåìå.
Ïîðòðåò îäèíî÷åê
Îêàçàëîñü, ÷òî ìèð îïòè÷åñêèõ àâòîñîëèòîíîâ çàñåëåí óäèâèòåëüíî ðàçíîîáðàçíûìè ëîêàëèçîâàííûìè îáúåêòàìè, ñâîéñòâà êîòîðûõ ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ îò ñâîéñòâ “îáû÷íûõ” ÷àñòèö. Àâòîñîëèòîíû ìîãóò áûòü íåïîäâèæíûìè, äâèæóùèìèñÿ è âðàùàþùèìèñÿ, ñòàöèîíàðíûìè è ìåíÿþùèìèñÿ ïåðèîäè÷åñêè èëè õàîòè÷åñêè, îäèíî÷íûìè è ñâÿçàííûìè äðóã ñ äðóãîì [2]. Çäåñü ìû îãðàíè÷èìñÿ ðàññìîòðåíèåì ÷àñòíîãî ñëó÷àÿ îïòè÷åñêèõ àâòîñîëèòîíîâ - ëàçåðíûõ ñîëèòîíîâ, ôîðìèðóþùèõñÿ â ëàçåðå, âíóòðü ðåçîíàòîðà êîòîðîãî ïîìèìî óñèëèâàþùåé ñðåäû ïîìåùåí íàñûùàþùèéñÿ ïîãëîòèòåëü, ñì. ðèñ.1,ç. Ðåçîíàòîð îáðàçóåòñÿ ïàðîé ïàðàëëåëüíûõ ïëîñêèõ çåðêàë. Èñòî÷íèêîì ýíåðãèè ñëóæèò íàêà÷êà, ñîçäàþùàÿ óñëîâèÿ äëÿ óñèëåíèÿ èçëó÷åíèÿ â ñðåäå, à ñòîêè ýíåðãèè îòâå÷àþò ïîãëîòèòåëþ è äðóãèì êàíàëàì ïîòåðü. Èçëó÷åíèå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî âäîëü îñè ðåçîíàòîðà z (äëÿ íàêëîííûõ ëó÷åé ïîòåðè âîçðàñòàþò). Ïàðàìåòðû ñõåìû âûáðàíû òàê, ÷òî ïðè ìàëîé èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ ïîòåðè ïðåâûøàþò óñèëåíèå, ãåíåðàöèÿ îòñóòñòâóåò, è ýòîò ðåæèì óñòîé÷èâ. Îäíàêî ñ ðîñòîì èíòåíñèâíîñòè ïîãëîùåíèå óáûâàåò áûñòðåå, ÷åì óñèëåíèå, ïîýòîìó ïðè íåêîòîðîì óðîâíå èíòåíñèâíîñòè âîçìîæåí èõ óñòîé÷èâûé áàëàíñ è ïîääåðæèâàåòñÿ ãåíåðàöèÿ èçëó÷åíèÿ ñ òàêîé èíòåíñèâíîñòüþ. Áåçãåíåðàöèîííûé è ãåíåðàöèîííûé ðåæèìû â îïðåäåëåííîì äèàïàçîíå ïàðàìåòðîâ ñõåìû ñîñóùåñòâóþò, ò.å. â çàâèñèìîñòè îò íà÷àëüíûõ óñëîâèé óñòàíàâëèâàåòñÿ îäèí èç íèõ (îïòè÷åñêàÿ áèñòàáèëüíîñòü). Òåïåðü ó÷òåì øèðîêîàïåðòóðíîñòü (áîëüøîå ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå) ëàçåðà. Òîãäà íà îäíîé (öåíòðàëüíîé) ÷àñòè àïåðòóðû ìîæåò óñòàíîâèòüñÿ ãåíåðàöèîííûé ðåæèì, à íà îñòàëüíîé (ïåðèôåðèéíîé) - áåçãåíåðàöèîííûé ðåæèì. Êîíå÷íî, äèôðàêöèÿ ðàçìûâàåò ïåðåõîä ìåæäó ðåæèìàìè è íåñêîëüêî ìåíÿåò óðîâåíü èíòåíñèâíîñòè. Òåì íå ìåíåå ñîîòâåòñòâóþùåå ÿðêîå ïÿòíî èëè îñòðîâîê ãåíåðàöèè íà òåìíîì ôîíå áåçãåíåðàöèîííîãî ðåæèìà è ïðåäñòàâëÿåò ïðîñòåéøèé ëàçåðíûé àâòîñîëèòîí.
Ðèñ. 1. Ïîïåðå÷íûå ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè I óñòîé÷èâûõ ëàçåðíûõ ñîëèòîíîâ ñ òîïîëîãè÷åñêèì çàðÿäîì m = 0 (à, ã) è m = 1 (á, â, ä-æ). Ñòðåëêè óêàçûâàþò âðàùåíèå ñîëèòîíà êàê öåëîãî, x è y - ïîïåðå÷íûå êîîðäèíàòû. Íà ñõåìå ëàçåðà (ç) ìåæäó çåðêàëàìè ðåçîíàòîðà ïîìåùåíà ñðåäà ñ íåëèíåéíûìè óñèëåíèåì è ïîãëîùåíèåì, èçëó÷åíèå ãåíåðèðóåòñÿ òîëüêî â óçêîé öèëèíäðè÷åñêîé îáëàñòè, ïðåäñòàâëÿþùåé àâòîñîëèòîí, ñòðåëêè ïîêàçûâàþò âûõîäÿùåå ëàçåðíîå èçëó÷åíèå.Îñíîâíûå ñâîéñòâà ëàçåðíûõ ñîëèòîíîâ, êàê è áîëåå îáùåãî êëàññà àâòîñîëèòîíîâ, ñëåäóþùèå. Âî-ïåðâûõ, ïðè ôèêñèðîâàííûõ ïàðàìåòðàõ ñõåìû èìååòñÿ äèñêðåòíûé íàáîð ñîñòîÿíèé (õàðàêòåðèñòèê) àâòîñîëèòîíîâ. Âî-âòîðûõ, àâòîñîëèòîíû âîçáóæäàþòñÿ ïîðîãîâûì îáðàçîì (æåñòêî) - íóæåí äîñòàòî÷íî áîëüøîé íà÷àëüíûé âûáðîñ. Åñëè æå ìàêñèìàëüíàÿ àìïëèòóäà âûáðîñà íà ôîíå îòñóòñòâèÿ ãåíåðàöèè ìåíüøå êðèòè÷åñêîãî çíà÷åíèÿ, òî âûáðîñ ðàññàñûâàåòñÿ è âíîâü óñòàíàâëèâàåòñÿ áåçãåíåðàöèîííûé ðåæèì. Ýòè ñâîéñòâà êàðäèíàëüíî îòëè÷àþòñÿ îò èçâåñòíûõ äëÿ êîíñåðâàòèâíûõ ñîëèòîíîâ (ó ïîñëåäíèõ ñïåêòð õàðàêòåðèñòèê ñïëîøíîé, ò.å. èõ ïàðàìåòðû ïëàâíî ïåðåñòðàèâàþòñÿ, à âîçáóäèòü èõ ìîæíî âûáðîñîì ñ ïðîèçâîëüíî ìàëîé àìïëèòóäîé). Òàêèå ðàçëè÷èÿ âàæíû è äëÿ ïðèëîæåíèé. Òàê, çà äëèòåëüíûé ïåðèîä ïîä äåéñòâèåì ôëóêòóàöèé õàðàêòåðèñòèêè êîíñåðâàòèâíîãî ñîëèòîíà ìîãóò ñèëüíî èçìåíèòüñÿ, à äëÿ àâòîñîëèòîíîâ îíè “ïðèâÿçàíû” ê íåâîçìóùåííûì çíà÷åíèÿì è ìîãóò òîëüêî ñëàáî îòêëîíÿòüñÿ îò íèõ, âîçâðàùàÿñü ïîñëå îêîí÷àíèÿ ôëóêòóàöèé ê èñõîäíûì. Ïîýòîìó îïòè÷åñêèå àâòîñîëèòîíû ïåðñïåêòèâíû äëÿ ïðèëîæåíèé ïðè îáðàáîòêå èíôîðìàöèè ñ ïîâûøåííûìè òðåáîâàíèÿìè ê òî÷íîñòè è íàäåæíîñòè îïåðàöèé.Ïîïåðå÷íîå ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè âûõîäÿùåãî èç ëàçåðà èçëó÷åíèÿ äëÿ ðÿäà ëàçåðíûõ ñîëèòîíîâ (ïîâòîðèì, ÷òî îò îáû÷íîãî ëàçåðíîãî ëó÷à îíî îòëè÷àåòñÿ èìåííî ýòèì ðàñïðåäåëåíèåì, êîòîðîå çàâåäîìî íå îõâàòûâàåò âñåãî ñå÷åíèÿ àêòèâíîé ñðåäû) ïîêàçàíî íà ðèñ.1. Ïîïåðå÷íûå êîîðäèíàòû x è y çäåñü è äàëåå ïðèâîäÿòñÿ â áåçðàçìåðíûõ åäèíèöàõ, ðåàëüíûå æå øèðèíû ñîëèòîíîâ â ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ìèêðîðåçîíàòîðàõ îêîëî äåñÿòêà ìèêðîìåòðîâ. Âàðèàíòû à-â îòâå÷àþò ñîëèòîíàì ñ îñåñèììåòðè÷íûì ðàñïðåäåëåíèåì èíòåíñèâíîñòè. Ïðîñòåéøèé (“ôóíäàìåíòàëüíûé”) ñîëèòîí (à) îáëàäàåò êîëîêîëîîáðàçíûì ðàñïðåäåëåíèåì èíòåíñèâíîñòè è ðåãóëÿðíûì èñêðèâëåííûì âîëíîâûì ôðîíòîì (íå ïîêàçàííàÿ çäåñü ïîâåðõíîñòü ïîñòîÿííîé ôàçû). Äëÿ âèõðåâûõ ñîëèòîíîâ (á, â, ä-æ) âîëíîâîé ôðîíò âêëþ÷àåò äèñëîêàöèþ, ò.å. èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ â íåêîòîðîé òî÷êå îáðàùàåòñÿ â íóëü, à ôàçà ïðè ïîëíîì îáõîäå ýòîé òî÷êè ïî çàìêíóòîìó êîíòóðó ñäâèãàåòñÿ íà âåëè÷èíó 2pm, ãäå öåëîå ÷èñëî m íàçûâàåòñÿ òîïîëîãè÷åñêèì çàðÿäîì. Íàçâàíèå ïîäñêàçûâàåò, ÷òî âîêðóã öåíòðà òàêèõ ñîëèòîíîâ èìååòñÿ âèõðåâîå äâèæåíèå ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ. Äëÿ êîíôèãóðàöèé (á) è (â) òîïîëîãè÷åñêèé çàðÿä îäèí è òîò æå (m = 1), íî äëÿ ïîñëåäíåé èìååòñÿ äîïîëíèòåëüíàÿ ðàäèàëüíàÿ îñöèëëÿöèÿ èíòåíñèâíîñòè. Ñîëèòîíû (à-â) îòâå÷àþò ìîíîõðîìàòè÷åñêîìó èçëó÷åíèþ, íî èõ ÷àñòîòû ðàçëè÷àþòñÿ; èçìåíåíèå çíàêà m ðàâíîñèëüíî çàìåíå íàïðàâëåíèÿ âîçðàñòàíèÿ ôàçû íà ïðîòèâîïîëîæíîå ïðè ñîõðàíåíèè ÷àñòîòû ãåíåðàöèè. Äëÿ ñîëèòîíîâ (ã-æ) èíòåíñèâíîñòü íå îáëàäàåò îñåâîé ñèììåòðèåé, è ýòè ñòðóêòóðû âðàùàþòñÿ êàê öåëîå ñ ïîñòîÿííîé óãëîâîé ñêîðîñòüþ. Ïðèìåð (ã) ïîêàçûâàåò, ÷òî âðàùåíèå ñîëèòîíîâ íå îáÿçàòåëüíî ñâÿçàíî ñ íàëè÷èåì äèñëîêàöèé âîëíîâîãî ôðîíòà.
Àíàëèçèðóÿ äâèæåíèå
Çäåñü ìû ðàññìàòðèâàåì äâóìåðíûå * àâòîñîëèòîíû (îäíîìåðíûå è òðåõìåðíûå ëàçåðíûå ñîëèòîíû àíàëèçèðóþòñÿ â [2]), ïîëàãàÿ, ÷òî ïðîäîëüíîå èçìåíåíèå àìïëèòóäû ïîëÿ ìàëî, íåëèíåéíîñòü ñðåäû áåçûíåðöèîííà, à ïîëÿðèçàöèÿ èçëó÷åíèÿ áëèçêà ê ëèíåéíîé.
* Ðàçìåðíîñòü ñîëèòîíà çàäàåòñÿ ÷èñëîì èçìåðåíèé, â êîòîðûõ ïîëå ëîêàëèçîâàíî çà ñ÷åò íåëèíåéíîñòè ñðåäû.  äâóìåðíîì ñîëèòîíå ïîëå ñîñðåäîòî÷åíî â îáúåìå öèëèíäðè÷åñêîé ôîðìû.Ñîñðåäîòî÷èì âíèìàíèå íà ñëåäóþùèõ âîïðîñàõ:- âíóòðåííÿÿ ñòðóêòóðà ëàçåðíûõ àâòîñîëèòîíîâ;Êñòàòè, î ñèììåòðèè. Îòìåòèì ïðåæäå âñåãî åå âåñüìà îáùåå ñâîéñòâî, óïðàâëÿþùåå õàðàêòåðîì äâèæåíèÿ ïðîèçâîëüíûõ ñòðóêòóð èçëó÷åíèÿ. Íåòðèâèàëåí çäåñü ñàì âûáîð îáúåêòà ñèììåòðèè. Ñ îäíîé ñòîðîíû, ãîâîðèòü î ñèììåòðèè òîëüêî ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè äëÿ ëàçåðíûõ ñîëèòîíîâ îêàçûâàåòñÿ íåäîñòàòî÷íûì. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, òðåáîâàíèå ñèììåòðèè ôàçû ïîëÿ ñëèøêîì îáðåìåíèòåëüíî; â ÷àñòíîñòè, ôàçà ïðîñòåéøèõ âèõðåâûõ àâòîñîëèòîíîâ òèïà (á) íà ðèñ.1 íå òîëüêî íå îáëàäàåò ñèììåòðèåé, íî è íå îïðåäåëåíà â òî÷êàõ äèñëîêàöèé âîëíîâîãî ôðîíòà. Âìåñòî ôàçû öåëåñîîáðàçíî ðàññìàòðèâàòü ïîïåðå÷íûé ïîòîê ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ, êîòîðûé îïðåäåëÿåòñÿ â óñëîâèÿõ ìàëîé óãëîâîé ðàñõîäèìîñòè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ïðîèçâåäåíèåì èíòåíñèâíîñòè íà (ïîïåðå÷íûé) ãðàäèåíò ôàçû ïîëÿ. Ñîîòâåòñòâåííî, íåîáõîäèìî ãîâîðèòü îá îäíîâðåìåííîé ñèììåòðèè ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè è ïîïåðå÷íîãî ïîòîêà ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ. È òîãäà èç èñõîäíîãî óïðàâëÿþùåãî óðàâíåíèÿ (îáîáùåííîãî óðàâíåíèÿ Ãèíçáóðãà-Ëàíäàó, îïðåäåëÿþùåãî äèíàìèêó ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïðåäåëåíèÿ àìïëèòóäû ïîëÿ èçëó÷åíèÿ) âûòåêàþò ñëåäóþùèå óòâåðæäåíèÿ [5]:- ñëàáî è ñèëüíî ñâÿçàííûå ñòðóêòóðû;
- äâèæåíèå ñòðóêòóð àâòîñîëèòîíîâ è èõ ñèììåòðèÿ.
- Åñëè ïîïåðå÷íûå ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè è ïîòîêà ýíåðãèè èìåþò îáùóþ (çåðêàëüíóþ) îñü ñèììåòðèè (ñèììåòðèÿ ïåðâîãî òèïà), òî ñòðóêòóðà ìîæåò äâèãàòüñÿ òîëüêî âäîëü îñè ñèììåòðèè, à åå âðàùåíèå íåâîçìîæíî. Ïðè íàëè÷èè äâóõ òàêèõ îñåé ñòðóêòóðà íåïîäâèæíà.Ýòî ñâîéñòâî áóäåò êëþ÷åâûì â äàëüíåéøåì èçëîæåíèè. Èíòðèãóþùèé âîïðîñ î õàðàêòåðå äâèæåíèÿ â îòñóòñòâèå ýòèõ ýëåìåíòîâ ñèììåòðèè ìû îñòàâèì ïîêà îòêðûòûì.- Åñëè ýòè äâà ðàñïðåäåëåíèÿ èìåþò ñèììåòðèþ ïî îòíîøåíèþ ê ïîâîðîòó íà óãîë 2p/N, ãäå N - öåëîå ÷èñëî (ñèììåòðèÿ âòîðîãî òèïà), òî öåíòð èíåðöèè ñòðóêòóðû (ñîâïàäàþùèé òîãäà ñ öåíòðîì ñèììåòðèè) íåïîäâèæåí. Ïðè ýòîì ñîõðàíÿåòñÿ âîçìîæíîñòü âðàùåíèÿ ñèñòåìû âîêðóã öåíòðà ñèììåòðèè. Ïðè N = 2 èìååò ìåñòî öåíòðàëüíàÿ ñèììåòðèÿ.
Ðèñ. 2. Ïîðòðåò ïîïåðå÷íûõ ïîòîêîâ ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ äëÿ ôóíäàìåíòàëüíîãî (à) è âèõðåâîãî (á) àâòîñîëèòîíîâ, ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè äëÿ êîòîðûõ ïðèâåäåíî íà ðèñ.1,à è á. Íàïðàâëåíèå ïîòîêà ïîêàçàíî ñòðåëêàìè. ß÷åéêè ñ ðàçëè÷íûì õàðàêòåðîì òðàåêòîðèé ðàçäåëÿþòñÿ îêðóæíîñòÿìè.Ïîñêîëüêó â àâòîñîëèòîíàõ ðåàëèçóåòñÿ áàëàíñ ïðèòîêà è îòòîêà ýíåðãèè, àíàëèç ïîòîêîâ ýíåðãèè èìååò äëÿ íèõ âàæíåéøåå çíà÷åíèå. Áîëåå ïðîñòà ñòðóêòóðà ïîòîêîâ ýíåðãèè äëÿ ëàçåðíûõ ñîëèòîíîâ ñ îñåñèììåòðè÷íûì ïðîôèëåì èíòåíñèâíîñòè, ïðèâåäåííàÿ íà ðèñ.2 äëÿ ôóíäàìåíòàëüíîãî (à) è âèõðåâîãî (á, m = 1) ñîëèòîíîâ. Íàïðàâëåíèå ïîòîêà ïîêàçàíî ñòðåëêàìè. Íà ïåðèôåðèè àâòîñîëèòîíîâ îí áûñòðî ñòðåìèòñÿ ê íóëþ âìåñòå ñ èíòåíñèâíîñòüþ èçëó÷åíèÿ.  èõ öåíòðå ïîòîê òàêæå îáðàùàåòñÿ â íóëü, õîòÿ è ïî ðàçíûì ïðè÷èíàì (äëÿ ôóíäàìåíòàëüíîãî àâòîñîëèòîíà â íóëü îáðàùàåòñÿ ãðàäèåíò ôàçû, à äëÿ âèõðåâûõ - èíòåíñèâíîñòü). Ïîýòîìó öåíòð àâòîñîëèòîíà ÿâëÿåòñÿ îñîáîé (íåïîäâèæíîé) òî÷êîé ïîðòðåòà ïîòîêîâ ýíåðãèè. Äðóãèå âàæíûå ýëåìåíòû ïîðòðåòà - çàìêíóòûå êðèâûå, â äàííîì ñëó÷àå îêðóæíîñòè, ðàçäåëÿþùèå åãî íà ÿ÷åéêè ñ ðàçëè÷íûì õàðàêòåðîì òðàåêòîðèé ïîòîêîâ ýíåðãèè. Äëÿ ôóíäàìåíòàëüíîãî àâòîñîëèòîíà ïîòîêè íàïðàâëåíû ðàäèàëüíî (ê öåíòðó âî âíóòðåííåé ÿ÷åéêå è îò öåíòðà âî âíåøíåé ÿ÷åéêå). Áîëåå èíòåðåñíà êàðòèíà â ñëó÷àå âèõðåâûõ àâòîñîëèòîíîâ, ãäå ìû âèäèì âèõðè, êàê â âîäîâîðîòå. Äëÿ íèõ ÿ÷ååê óæå ÷åòûðå, è îêðóæíîñòè ÿâëÿþòñÿ ïðåäåëüíûìè öèêëàìè, íà êîòîðûå íàìàòûâàþòñÿ èëè ñ êîòîðûõ ñìàòûâàþòñÿ âñå áëèçêèå òðàåêòîðèè ïîòîêîâ. Òàêèì îáðàçîì, óæå ïðîñòåéøèå ñèììåòðè÷íûå àâòîñîëèòîíû îáëàäàþò âíóòðåííåé ñòðóêòóðîé, îïðåäåëÿåìîé òîïîëîãèåé ïîòîêîâ ýíåðãèè. Çàìåòèì, ÷òî îäèíî÷íûå àâòîñîëèòîíû õàðàêòåðèçóþòñÿ ñèììåòðèåé âòîðîãî òèïà (îòíîñèòåëüíî âðàùåíèÿ íà ëþáîé óãîë), ââèäó ÷åãî îíè íåïîäâèæíû.Ñîõðàíèâøèå èíäèâèäóàëüíîñòü
Åñëè â øèðîêîàïåðòóðíîì ëàçåðå âîçáóäèòü íåñêîëüêî àâòîñîëèòîíîâ (ïàðàëëåëüíûõ îñè ëàçåðà êàíàëîâ ãåíåðàöèè), òî âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó íèìè áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ ñòåïåíüþ ïåðåêðûòèÿ èõ ïîëåé. Ïðè ìàëîé ñòåïåíè ïåðåêðûòèÿ âçàèìîäåéñòâèå ñëàáîå è çàâèñèò îò ðàññòîÿíèé è ðàçíîñòåé ôàç ìåæäó àâòîñîëèòîíàìè.  òàêîì ñëó÷àå ìîæíî ïîñòðîèòü “ìåõàíèêó” àâòîñîëèòîíîâ, òðàêòóåìûõ êàê ÷àñòèöû. Èíòåðåñåí âîïðîñ î õàðàêòåðå ýòîé ìåõàíèêè (äåéñòâóþò ëè äëÿ íåå çàêîíû Íüþòîíà) è êîíå÷íûõ ñîñòîÿíèÿõ ñèñòåìû àâòîñîëèòîíîâ.
Ñíà÷àëà óòî÷íèì êðèòåðèé ñëàáîñòè ñâÿçè (âçàèìîäåéñòâèÿ) ëàçåðíûõ ñîëèòîíîâ. À èìåííî, áóäåì ñ÷èòàòü ñâÿçü ñëàáîé, åñëè â ïîðòðåòå ïîòîêîâ ýíåðãèè ñîõðàíÿþòñÿ âñå çàìêíóòûå ëèíèè, êîòîðûå èìåëèñü ó èíäèâèäóàëüíûõ àâòîñîëèòîíîâ. Ñíà÷àëà ðàññìîòðèì òàêèå ñèòóàöèè, êîãäà ñâÿçü îñòàåòñÿ ñëàáîé íà ïðîòÿæåíèè âñåé ýâîëþöèè. Ïðè ýòîì èç àâòîñîëèòîíîâ, êàê èç äåòàëåé êîíñòðóêòîðà, ìîæíî ñòðîèòü ðàçíîîáðàçíûå ñâÿçàííûå ñîñòîÿíèÿ.
Íà÷íåì ñ îäèíàêîâûõ ôóíäàìåíòàëüíûõ àâòîñîëèòîíîâ (ñ íóëåâûì òîïîëîãè÷åñêèì çàðÿäîì).  èíòåðåñóþùåì íàñ ñëó÷àå ñëàáîé àíèçîòðîïèè ñðåäû â óñòàíîâèâøåéñÿ ñâÿçàííîé ïàðå îíè áóäóò ëèáî ñèíôàçíû, ëèáî ïðîòèâîôàçíû, è èìååòñÿ äèñêðåòíûé íàáîð ðàâíîâåñíûõ ðàññòîÿíèé ìåæäó íèìè. Ïðè ýòîì åñòü äâå îñè ñèììåòðèè ïåðâîãî òèïà, ââèäó ÷åãî ïàðû îäèíàêîâûõ ôóíäàìåíòàëüíûõ ñîëèòîíîâ íåïîäâèæíû (â òîì ÷èñëå îíè íå âðàùàþòñÿ). Îäíàêî èç áîëüøåãî ÷èñëà òàêèõ îäèíàêîâûõ àâòîñîëèòîíîâ ìîæíî ïîñòðîèòü óñòîé÷èâûå àñèììåòðè÷íûå ñòðóêòóðû. Èõ òðîéêè ñ ðàçëè÷íîé ðàçíîñòüþ ôàç (0 è p) ìåæäó ïàðàìè óñòàíàâëèâàþòñÿ â âèäå ðàâíîáåäðåííûõ òðåóãîëüíèêîâ. Ïîýòîìó èìååòñÿ îäíà îñü ñèììåòðèè ïåðâîãî òèïà, è ñòðóêòóðà äâèæåòñÿ êàê öåëîå âäîëü äàííîé îñè ñ ôèêñèðîâàííîé ñêîðîñòüþ (ñì. íèæå ðèñ.6 íà ñ.57). Äëÿ áîëüøåãî ÷èñëà ôóíäàìåíòàëüíûõ àâòîñîëèòîíîâ ðåàëèçóþòñÿ è âðàùàþùèåñÿ ñ ïîñòîÿííîé óãëîâîé ñêîðîñòüþ ñòðóêòóðû (ðèñ.3,à,á), õàðàêòåðèçóþùèåñÿ ñèììåòðèåé âòîðîãî òèïà. Îòìåòèì, ÷òî ïîêà ìû ðàññìàòðèâàåì “æåñòêèå” ñòðóêòóðû, â êîòîðûõ óñòàíàâëèâàþòñÿ îïðåäåëåííûå ðàññòîÿíèÿ è ðàçíîñòè ôàç ìåæäó ñîñòàâëÿþùèìè àâòîñîëèòîíàìè, à ìàëûå îòêëîíåíèÿ îò èõ ðàâíîâåñíûõ çíà÷åíèé ñî âðåìåíåì óáûâàþò.
Ðèñ. 3. Ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè (à, â) è ôàçû (á) äëÿ êîìïëåêñà ÷åòûðåõ ñëàáî ñâÿçàííûõ ôóíäàìåíòàëüíûõ àâòîñîëèòîíîâ, âðàùàþùåãîñÿ ñ ïîñòîÿííîé óãëîâîé ñêîðîñòüþ (à, á), è äëÿ ïàðû ñâÿçàííûõ ôóíäàìåíòàëüíîãî è âèõðåâîãî àâòîñîëèòîíîâ (â).Ñ ðîñòîì ÷èñëà àâòîñîëèòîíîâ â êîìïëåêñå ðàçíîîáðàçèå ðåæèìîâ äâèæåíèÿ ðàñòåò. Ðîëü ñèììåòðèè â äâèæåíèè àâòîñîëèòîíîâ íàãëÿäíî ðàñêðûâàåò ðèñ.4. Íà ðèñ.4,à ïðèâåäåíà èñõîäíàÿ “èäåàëüíàÿ øàõìàòíàÿ ñòðóêòóðà” ñ ðàçíîñòüþ ôàç ñîñåäíèõ àâòîñîëèòîíîâ p; îíà íåïîäâèæíà ââèäó íàëè÷èÿ äâóõ îñåé ñèììåòðèè ïåðâîãî òèïà. Ïðè âíåñåíèè â íåå äåôåêòà - èçúÿòèè îäíîãî èç ñîëèòîíîâ - ñèììåòðèÿ íàðóøàåòñÿ. Íà ðèñ.4,á ïîêàçàíà øàõìàòíàÿ ñòðóêòóðà ñ äåôåêòîì, ñîõðàíÿþùèì îäíó îñü ñèììåòðèè.  ñîîòâåòñòâèè ñ ñèììåòðèåé ñòðóêòóðà äâèæåòñÿ êàê öåëîå ñ ôèêñèðîâàííîé ñêîðîñòüþ áåç âðàùåíèÿ. Íîâûé òèï äâèæåíèÿ îáíàðóæèâàåòñÿ â ñòðóêòóðå áåç ýëåìåíòîâ ñèììåòðèè (ðèñ.4,â): äâèæåíèå “æåñòêîé” ñòðóêòóðû ðàçëàãàåòñÿ íà äâà “ýëåìåíòàðíûõ”. Âî-ïåðâûõ, öåíòð èíåðöèè äâèæåòñÿ êðèâîëèíåéíî, â äàííîì ñëó÷àå îí âðàùàåòñÿ ïî îêðóæíîñòè (ðèñ.4,ã). Âî-âòîðûõ, ñòðóêòóðà âðàùàåòñÿ âîêðóã ìãíîâåííîãî ïîëîæåíèÿ öåíòðà èíåðöèè. Ïåðèîäû ýòèõ äâóõ âðàùåíèé ñîâïàäàþò, ò.å. ñòðóêòóðà äâèæåòñÿ, êàê Ëóíà âîêðóã Çåìëè. Òåì ñàìûì ìû èìååì äåëî ñ êðèâîëèíåéíûì äâèæåíèåì àñèììåòðè÷íîé ñòðóêòóðû ñëàáî ñâÿçàííûõ ôóíäàìåíòàëüíûõ àâòîñîëèòîíîâ [5]. Òàêèì îáðàçîì, èç ëàçåðíûõ ñîëèòîíîâ êàê èç “àòîìîâ” ìîæíî ñòðîèòü êàê “èäåàëüíûå”, òàê è “ðåàëüíûå êðèñòàëëû” (ñ äåôåêòàìè), êîòîðûå äâèæóòñÿ, â òîì ÷èñëå êðèâîëèíåéíî, è âðàùàþòñÿ ñ äèñêðåòíûì íàáîðîì çíà÷åíèé ëèíåéíîé è óãëîâîé ñêîðîñòè.
Ðèñ. 4. “Øàõìàòíûå” ñòðóêòóðû ñëàáî ñâÿçàííûõ ôóíäàìåíòàëüíûõ àâòîñîëèòîíîâ: à - ïîïåðå÷íîå ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè äëÿ èäåàëüíîé íåïîäâèæíîé ñòðóêòóðû ñ äâóìÿ îñÿìè ñèììåòðèè; á - èíòåíñèâíîñòü äëÿ ñòðóêòóðû ñ äåôåêòîì, ñîõðàíÿþùèì îäíó îñü ñèììåòðèè, ñòðåëêà óêàçûâàåò íàïðàâëåíèå ïðÿìîëèíåéíîãî äâèæåíèÿ ñòðóêòóðû (âäîëü îñè ñèììåòðèè); â - èíòåíñèâíîñòü äëÿ ñòðóêòóðû ñ àñèììåòðè÷íûì äåôåêòîì è äâèæåíèåì êàê ó Ëóíû âîêðóã Çåìëè - âðàùåíèåì öåíòðà èíåðöèè ïî îêðóæíîñòè (ã) è âðàùåíèåì ñòðóêòóðû âîêðóã ìãíîâåííîãî ïîëîæåíèÿ öåíòðà èíåðöèè.Äâèæåíèå è âðàùåíèå êîìïëåêñîâ âèõðåâûõ ñîëèòîíîâ íà÷èíàåòñÿ óæå äëÿ ñëàáî ñâÿçàííûõ ïàð (ðèñ.5,à,á). Íà ðèñ.5,à ïîêàçàíà òàêàÿ ïàðà îäèíàêîâûõ âèõðåé (ñ ñîâïàäàþùèìè òîïîëîãè÷åñêèìè çàðÿäàìè m1 = m2 = 1). Çäåñü íàëèöî öåíòðàëüíàÿ ñèììåòðèÿ, ïîýòîìó öåíòð èíåðöèè íåïîäâèæåí, à ñòðóêòóðà âðàùàåòñÿ ñ ïîñòîÿííîé óãëîâîé ñêîðîñòüþ. Ïðè ðàçëè÷àþùèõñÿ ïî çíàêó òîïîëîãè÷åñêèõ çàðÿäàõ m1 = - m2 = 1 èìååòñÿ îäíà îñü ñèììåòðèè ïåðâîãî òèïà, è ñòðóêòóðà äâèæåòñÿ êàê öåëîå, íå âðàùàÿñü, âäîëü ýòîé îñè (ðèñ.5,â,ã). Íà ðèñóíêàõ ïîòîêîâ ýíåðãèè çäåñü è íà ðèñ.7 óêàçàíû îñîáûå (íåïîäâèæíûå) òî÷êè S - ñåäëà è N - óçëû. Èõ îòëè÷èå â òîì, ÷òî â ñåäëà âõîäÿò è âûõîäÿò èç íèõ òîëüêî ïî äâå òðàåêòîðèè, à â ìàëîé îêðåñòíîñòè óçëîâ âñå òðàåêòîðèè îäíîâðåìåííî âõîäÿò èëè âûõîäÿò èç íèõ.
Ðèñ. 5. Ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè (à, â) è ïîòîêîâ ýíåðãèè (á, ã) äëÿ ñëàáî ñâÿçàííûõ ïàð âèõðåâûõ àâòîñîëèòîíîâ ñ îäèíàêîâûìè (à, á) è ïðîòèâîïîëîæíûìè ïî çíàêó (â, ã) òîïîëîãè÷åñêèìè çàðÿäàìè. Ïðè îäèíàêîâûõ çàðÿäàõ ïàðà îáëàäàåò öåíòðàëüíîé ñèììåòðèåé è âðàùàåòñÿ ñ ïîñòîÿííîé óãëîâîé ñêîðîñòüþ (à, áîëüøàÿ ñòðåëêà). Ïðè ïðîòèâîïîëîæíûõ çàðÿäàõ èìååòñÿ îñü ñèììåòðèè (ã, ïðÿìàÿ ñòðåëêà), è ñòðóêòóðà äâèæåòñÿ êàê öåëîå â ýòîì íàïðàâëåíèè. Çäåñü è íà ðèñ.7: S - ñåäëà, N - óçëû. ïðèâåäåííûõ ïðèìåðàõ èíäèâèäóàëüíûå àâòîñîëèòîíû â êîìïëåêñå îáëàäàþò îäèíàêîâûìè ÷àñòîòàìè èçëó÷åíèÿ (ó íèõ ñîâïàäàåò àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà òîïîëîãè÷åñêîãî çàðÿäà).  ïàðå æå ôóíäàìåíòàëüíîãî è âèõðåâîãî àâòîñîëèòîíîâ èõ ÷àñòîòû ðàçëè÷àþòñÿ, ââèäó ÷åãî ðàçíîñòü ôàç ìåæäó íèìè íåïðåðûâíî ìåíÿåòñÿ. Ïîñêîëüêó ðàçíîñòü ôàç ñîëèòîíîâ ñóùåñòâåííî îïðåäåëÿåò õàðàêòåð èõ âçàèìîäåéñòâèÿ (ïðèòÿæåíèå èëè îòòàëêèâàíèå), òî, êàçàëîñü áû, òàêèå íåêîãåðåíòíûå ïàðû íåâîçìîæíû. Òåì íå ìåíåå îêàçûâàåòñÿ, ÷òî ïàðû ñëàáî ñâÿçàííûõ ðàçíî÷àñòîòíûõ àâòîñîëèòîíîâ óñòîé÷èâû (ðèñ.3,â), íî îíè êîëåáëþòñÿ ñ ÷àñòîòîé, áëèçêîé ê ðàçíîñòè ÷àñòîò èíäèâèäóàëüíûõ àâòîñîëèòîíîâ, è ñ âåñüìà ìàëîé ãëóáèíîé ìîäóëÿöèè. Òàêàÿ ïàðà àñèììåòðè÷íà, íî â ñðåäíåì (çà ïåðèîä ìîäóëÿöèè) äâèæåíèÿ çäåñü íå îáíàðóæèâàåòñÿ, òàê êàê ïîòîêè ýíåðãèè ïåðèîäè÷åñêè èçìåíÿþò íàïðàâëåíèå è àñèììåòðèÿ â ñðåäíåì îáðàùàåòñÿ â íóëü.  îïðåäåëåííîé ñòåïåíè ñõîäíà ñèòóàöèÿ ñ âðàùàþùåéñÿ àñèììåòðè÷íîé îäíîãîðáîé ñòðóêòóðîé (ðèñ.1,ä). Äëÿ íåå öåíòð èíåðöèè âðàùàåòñÿ ïî îêðóæíîñòè, îäíàêî ïîñòóïàòåëüíîå äâèæåíèå â ñðåäíåì îòñóòñòâóåò, òàê êàê ñðåäíèé çà ïåðèîä âðàùåíèÿ ïîïåðå÷íûé ïîòîê ýíåðãèè ðàâåí íóëþ.Êàê ìû âèäåëè, èç ñèììåòðè÷íûõ (è ïîòîìó íåïîäâèæíûõ) îäèíî÷íûõ àâòîñîëèòîíîâ ìîæíî ñêîíñòðóèðîâàòü àñèììåòðè÷íûå (è, ñëåäîâàòåëüíî, äâèæóùèåñÿ) ñâÿçàííûå êîìïëåêñû. Ñîîòâåòñòâåííî, ìîæíî îðãàíèçîâàòü ñòîëêíîâåíèÿ òàêèõ êîìïëåêñîâ. Ñöåíàðèè ñòîëêíîâåíèé ÷ðåçâû÷àéíî ðàçíîîáðàçíû è âêëþ÷àþò âàðèàíòû ñ èçìåíåíèåì ÷èñëà àâòîñîëèòîíîâ. Íà ðèñ.6 èëëþñòðèðóåòñÿ îäèí èç âàðèàíòîâ, êîãäà äâà ñòàëêèâàþùèõñÿ “òðåóãîëüíûõ” êîìïëåêñà çàõâàòûâàþòñÿ è ôîðìèðóþò åäèíûé Z-îáðàçíûé êîìïëåêñ, âðàùàþùèéñÿ ñ ïîñòîÿííîé óãëîâîé ñêîðîñòüþ. Áåçðàçìåðíîå âðåìÿ t çäåñü è íà ðèñ.8 ïðîïîðöèîíàëüíî ÷èñëó ïðîõîäîâ èçëó÷åíèÿ ÷åðåç ðåçîíàòîð. Âðàùåíèå ñâÿçàíî ñ öåíòðàëüíîé ñèììåòðèåé èñõîäíîé êîíôèãóðàöèè. Àíèìàöèè äëÿ ýòîãî è äðóãèõ ñöåíàðèåâ äîñòóïíû ïî èíòåðíåò-àäðåñó [6].
Ðèñ. 6. Ñòîëêíîâåíèå äâóõ òðåóãîëüíûõ ñîëèòîííûõ êîìïëåêñîâ, ïðèâîäÿùåå ê ôîðìèðîâàíèþ Z-îáðàçíîé âðàùàþùåéñÿ ñòðóêòóðû. Íà ÷åðíîì ôîíå ïðèâîäèòñÿ ïîïåðå÷íîå ðàñïðåäåëåíèå ôàçû ïîëÿ, à íà ñåðîì - ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè â ìîìåíò âðåìåíè t, óêàçàííûé âíóòðè èçîáðàæåíèÿ. Ïðÿìûå ñòðåëêè ïðè t = 0 ïîêàçûâàþò íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ èñõîäíûõ êîìïëåêñîâ, à èñêðèâëåííàÿ ñòðåëêà ïðè t = 9500 - íàïðàâëåíèå âðàùåíèÿ óñòàíîâèâøåéñÿ ñòðóêòóðû.Ñëèâøèåñÿ â òàíöå çàâèñèìîñòè îò íà÷àëüíîãî ðàñïîëîæåíèÿ îòäåëüíûõ àâòîñîëèòîíîâ ìîãóò óñòàíàâëèâàòüñÿ íå òîëüêî èõ ñëàáî ñâÿçàííûå ñòðóêòóðû, íî è áîëåå ñëîæíûå. Íà ðèñ.7,à,á ïðåäñòàâëåíà “ñèëüíî ñâÿçàííàÿ” ïàðà äâóõ àâòîñîëèòîíîâ ñ ñîâïàäàþùèìè òîïîëîãè÷åñêèìè çàðÿäàìè m1 = m2 = 1. Íàïîìíèì, ÷òî ïðè ñëàáîé ñâÿçè âèõðåé, êîòîðàÿ îòâå÷àåò ñðàâíèòåëüíî áîëüøîìó ðàññòîÿíèþ ìåæäó íèìè, öåíòð êàæäîãî âèõðÿ íà äèàãðàììå ýíåðãåòè÷åñêèõ ïîòîêîâ îêðóæàþò òðè çàìêíóòûõ ëèíèè - ïðåäåëüíûõ öèêëà (ðèñ.2,á è 5,á,ã). Òåïåðü æå êàæäûé èç äâóõ âèõðåé îáëàäàåò òîëüêî îäíèì èíäèâèäóàëüíûì ïðåäåëüíûì öèêëîì (ðèñ.7,á). Äâà äðóãèå ïðåäåëüíûõ öèêëà ïî ìåðå ñáëèæåíèÿ âèõðåâûõ ñîëèòîíîâ èñ÷åçàþò â ðåçóëüòàòå áèôóðêàöèé (ðåçêîé ïåðåñòðîéêè), ïðåâðàùàÿñü â êîíöå êîíöîâ â äâà êîëëåêòèâíûõ ïðåäåëüíûõ öèêëà, îõâàòûâàþùèõ öåíòðû îáîèõ âèõðåé (ðèñ.7,á). Òîïîëîãèÿ ïîòîêîâ ýíåðãèè ìåíÿåòñÿ, è ìû ãîâîðèì çäåñü î ñèëüíîé ñâÿçè àâòîñîëèòîíîâ. Ýòà ïàðà îáëàäàåò ñèììåòðèåé âòîðîãî òèïà, òàê ÷òî åå öåíòð èíåðöèè íåïîäâèæåí, è îíà âðàùàåòñÿ ñ îïðåäåëåííîé óãëîâîé ñêîðîñòüþ. Äëÿ ñèëüíî ñâÿçàííîé ïàðû âèõðåâûõ ñîëèòîíîâ ñ ïðîòèâîïîëîæíûìè ïî çíàêó òîïîëîãè÷åñêèìè çàðÿäàìè (ðèñ.7,â,ã) ñèììåòðèÿ îòñóòñòâóåò. Ðàñ÷åòû [7] ïîêàçàëè, ÷òî òàêàÿ ïàðà, êàê è àñèììåòðè÷íàÿ øàõìàòíàÿ ñòðóêòóðà (ðèñ.4,â,ã), äâèæåòñÿ, êàê Ëóíà âîêðóã Çåìëè, ò.å. åå öåíòð èíåðöèè âðàùàåòñÿ ïî îêðóæíîñòè (ðèñ.7,ä) è, êðîìå òîãî, îíà âðàùàåòñÿ îòíîñèòåëüíî ìãíîâåííîãî öåíòðà èíåðöèè, ïðè÷åì ïåðèîäû ýòèõ äâóõ âðàùåíèé âíîâü ñîâïàäàþò.
Ðèñ. 7. Ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè (à, â), ïîòîêîâ ýíåðãèè (á, ã) è òðàåêòîðèÿ äâèæåíèÿ öåíòðà èíåðöèè (ä) äëÿ ïàð ñèëüíî ñâÿçàííûõ âèõðåâûõ ñîëèòîíîâ ñ îäèíàêîâûìè (à, á; ïàðà âðàùàåòñÿ âîêðóã íåïîäâèæíîãî öåíòðà èíåðöèè ââèäó öåíòðàëüíîé ñèììåòðèè) è ïðîòèâîïîëîæíûìè ïî çíàêó òîïîëîãè÷åñêèìè çàðÿäàìè (â-ä; ñèììåòðèÿ îòñóòñòâóåò è äâèæåíèå öåíòðà èíåðöèè êðèâîëèíåéíî). ïðèâåäåííûõ ïðèìåðàõ àñèììåòðè÷íûõ êîìïëåêñîâ òðàåêòîðèÿ äâèæåíèÿ - îêðóæíîñòü. Îäíàêî ýòî íå òàê äëÿ “íåæåñòêèõ” êîìïëåêñîâ. Ðàññìîòðèì, íàïðèìåð, “ïëàíåòàðíóþ” ìîäåëü, ñîñòîÿùóþ èç “ÿäðà” - ñèëüíî ñâÿçàííîé âðàùàþùåéñÿ ïàðû âèõðåâûõ ñîëèòîíîâ ñ îäèíàêîâûìè òîïîëîãè÷åñêèìè çàðÿäàìè (ðèñ.7,à), è “ñàòåëëèòà” - âèõðåâîãî ñîëèòîíà, ñëàáî ñâÿçàííîãî ñ ÿäðîì è âðàùàþùåãîñÿ âîêðóã íåãî ñ ïåðèîäîì, çàìåòíî ïðåâûøàþùèì ïåðèîä âðàùåíèÿ ÿäðà (ðèñ.8).  ýòîì óñòîé÷èâîì êîìïëåêñå ðåàëèçóåòñÿ ñìåøàííàÿ ñâÿçü àâòîñîëèòîíîâ (ñëàáàÿ è ñèëüíàÿ äëÿ èõ ðàçëè÷íûõ ïàð). Ìãíîâåííûå ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè è ïîòîêîâ ýíåðãèè íå îáëàäàþò ñèììåòðèåé. Ïîýòîìó öåíòð èíåðöèè êîìïëåêñà äâèæåòñÿ êðèâîëèíåéíî, íî óæå ïî áîëåå ñëîæíîé òðàåêòîðèè (ðèñ.8,á). Îíà ñîñòîèò èç ðÿäà ñåãìåíòîâ, ïîâòîðÿþùèõ äðóã äðóãà ïðè èõ ïîâîðîòå íà óãîë, îïðåäåëÿåìûé îòíîøåíèåì ïåðèîäîâ ñîáñòâåííîãî âðàùåíèÿ ÿäðà è âðàùåíèÿ ñàòåëëèòà âîêðóã ÿäðà. Ñ òî÷íîñòüþ äî ïîãðåøíîñòåé âû÷èñëåíèé ýòà òðàåêòîðèÿ çàìêíóòà (ïðàâûé ðèñóíîê), ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î ñèíõðîíèçàöèè äâóõ òèïîâ âðàùåíèé (èç-çà íåëèíåéíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ îòíîøåíèå ïåðèîäîâ ðàâíî îòíîøåíèþ äâóõ öåëûõ ÷èñåë). Îòñóòñòâèå ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ öåíòðà èíåðöèè ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî óñðåäíåííûå çà îáùèé ïåðèîä äâóõ âðàùåíèé ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè è ïîòîêîâ ñèììåòðè÷íû. Óñòîé÷èâûìè îêàçûâàþòñÿ è “ïëàíåòàðíûå” ñèñòåìû ñ äâóìÿ “ñàòåëëèòàìè”. Àíèìàöèþ äâèæåíèÿ “ïëàíåòàðíûõ ñèñòåì” òîæå ìîæíî ïîñìîòðåòü â Èíòåðíåòå [6].
Ðèñ. 8. Ðàñïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè (ñëåâà, âåðõíèé ðÿä) è ôàçû (íèæíèé ðÿä) äëÿ âðàùàþùåãîñÿ “ÿäðà” èç äâóõ ñèëüíî ñâÿçàííûõ âèõðåâûõ ñîëèòîíîâ è “ñàòåëëèòà” - ñëàáî ñâÿçàííîãî ñ ÿäðîì âèõðåâîãî ñîëèòîíà, âðàùàþùåãîñÿ âîêðóã ÿäðà, â ðàçëè÷íûå ìîìåíòû âðåìåíè t. Ñïðàâà ïîêàçàíà òðàåêòîðèÿ äâèæåíèÿ öåíòðà èíåðöèè êîìïëåêñà.Çàáåãàÿ âïåðåäÊàê íàäååòñÿ àâòîð, â çàìåòêå ïðîäåìîíñòðèðîâàíà íåîáû÷íîñòü è ðàçíîîáðàçèå ëàçåðíûõ ñîëèòîíîâ - äîñòîéíîãî ïðåäñòàâèòåëÿ êëàññà àâòîñîëèòîíîâ (äèññèïàòèâíûõ ñîëèòîíîâ). Ïîäâåäåì íåêîòîðûå èòîãè. Èõ «äèññèïàòèâíûé» ìèð (â ïðîòèâîïîëîæíîñòü êîíñåðâàòèâíîìó) îáëàäàåò ìíîãèìè íåïðèâû÷íûìè ñâîéñòâàìè. Õîòÿ èçëó÷åíèå ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê êëàññè÷åñêîå, îäèíî÷íûå àâòîñîëèòîíû îáëàäàþò àíàëîãîì êâàíòîâûõ ñâîéñòâ - äèñêðåòíûì (à íå ñïëîøíûì, êàê â ñëó÷àå êîíñåðâàòèâíûõ ñîëèòîíîâ) íàáîðîì ñîñòîÿíèé. Ïîýòîìó â «äèññèïàòèâíîì ìèðå» àâòîñîëèòîíû ìîãëè áû ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê íåêèå ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû.  òî æå âðåìÿ îäèíî÷íûé àâòîñîëèòîí èìååò âíóòðåííþþ ñòðóêòóðó, ñâÿçàííóþ ñ òîïîëîãèåé ïîòîêîâ ýíåðãèè. Åñëè ñîïîñòàâèòü àâòîñîëèòîí àòîìó (ñ íàáîðîì äèñêðåòíûõ óðîâíåé ýíåðãèè), ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî ïðè âçàèìîäåéñòâèè íåñêîëüêèõ «àòîìîâ» ôîðìèðóþòñÿ «ìîëåêóëû» ñ äèñêðåòíûì íàáîðîì ðàññòîÿíèé ìåæäó íèìè, à â ïåðèîäè÷åñêîé ðåøåòêå «àòîìîâ» îáðàçóþòñÿ çîíû ñîñòîÿíèé, êàê â êðèñòàëëå, òàê ÷òî è çäåñü êëàññè÷åñêèå ïîëÿ ïðîÿâëÿþò íåêîòîðûå èç êâàíòîâûõ ñâîéñòâ. Àâòîñîëèòîíû ïðè âçàèìîäåéñòâèÿõ ìîãóò ïðåâðàùàòüñÿ â äðóãèå òèïû, è äàæå ìîæåò ìåíÿòüñÿ èõ ÷èñëî, òàê êàê ïðèâû÷íûå çàêîíû ñîõðàíåíèÿ â «äèññèïàòèâíîì ìèðå» íå äåéñòâóþò. Âçàèìîäåéñòâèå àâòîñîëèòîíîâ ìîæåò áûòü ñëàáûì è ñèëüíûì, â çàâèñèìîñòè îò òîãî, ìåíÿåòñÿ ëè òîïîëîãèÿ ïîòîêîâ ýíåðãèè èíäèâèäóàëüíûõ àâòîñîëèòîíîâ.  ïðîöåññå âçàèìîäåéñòâèÿ ñàì åãî òèï ìîæåò èçìåíèòüñÿ, ÷òî ñîïðîâîæäàåòñÿ áèôóðêàöèÿìè ñòðóêòóðû ïîòîêîâ ýíåðãèè.
Âàæíîå ñâîéñòâî àâòîñîëèòîíîâ - èõ ñïîñîáíîñòü ê äâèæåíèþ. Õàðàêòåð äâèæåíèÿ ëàçåðíûõ ñîëèòîíîâ îïðåäåëÿåòñÿ ñèììåòðèåé ðàñïðåäåëåíèé èíòåíñèâíîñòè è ïîòîêîâ ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ; îíè ìîãóò íå òîëüêî äâèãàòüñÿ ïðÿìîëèíåéíî è âðàùàòüñÿ, íî è äâèãàòüñÿ êðèâîëèíåéíî äàæå â îòñóòñòâèå íåîäíîðîäíîñòåé ñèñòåìû. Óñëîâèåì êðèâîëèíåéíîñòè äâèæåíèÿ öåíòðà èíåðöèè ñëóæèò îòñóòñòâèå ñèììåòðèè. Ïîýòîìó àâòîñîëèòîíû êàê ÷àñòèöû íå ïîä÷èíÿþòñÿ çàêîíàì êîíñåðâàòèâíîé ìåõàíèêè Íüþòîíà. Ýòî è íå óäèâèòåëüíî äëÿ «äèññèïàòèâíîãî ìèðà», ò.å. îòêðûòîé ñèñòåìû, âåäü àâòîñîëèòîí ÿâëÿåòñÿ ëèøü ÷àñòüþ çàìêíóòîé ñèñòåìû.  îòêðûòûõ ñèñòåìàõ «áûòîâûìè» ïðèìåðàìè êðèâîëèíåéíîãî äâèæåíèÿ ìîæåò ñëóæèòü ïîëåò áóìåðàíãà èëè õîðîøî èçâåñòíîå êðóãîâîå, â îòñóòñòâèå îðèåíòèðîâ, äâèæåíèå ïåøåõîäà ñ ðàçëè÷àþùèìèñÿ äëèíàìè øàãîâ ïðàâîé è ëåâîé íîã.  «äèññèïàòèâíîì ìèðå», â êîòîðîì ïðèñóòñòâóåò ýôôåêòèâíîå òðåíèå, ñèììåòðè÷íûå ñòðóêòóðû íåïîäâèæíû, à àñèììåòðè÷íûå ñòðóêòóðû äâèæóòñÿ ñ äèñêðåòíûì íàáîðîì ïîñòóïàòåëüíîé è âðàùàòåëüíîé ñêîðîñòåé (â îòëè÷èå îò êîíñåðâàòèâíîãî «ãàëèëååâñêîãî» ìèðà, â êîòîðîì ýòè ñêîðîñòè ïðîèçâîëüíû). Àñèììåòðèÿ ñëóæèò èñòî÷íèêîì «êâàíòîâàííîñòè» ñêîðîñòè óñòàíîâèâøåãîñÿ äâèæåíèÿ, äëÿ êîòîðîãî òðåíèå êîìïåíñèðóåòñÿ ïîòîêàìè ýíåðãèè. Íàëè÷èå äèñëîêàöèé âîëíîâîãî ôðîíòà äëÿ ðàññìîòðåííûõ òèïîâ äâèæåíèÿ íåîáÿçàòåëüíî, õîòÿ èõ ïðèñóòñòâèå ìîæåò ñïîñîáñòâîâàòü óâåëè÷åíèþ ñòåïåíè àñèììåòðèè. Îòìåòèì, ÷òî ãîâîðèòü î ñèììåòðèè èìååò ñìûñë, åñëè îíà óñòîé÷èâà ïî îòíîøåíèþ ê ñëàáûì âîçìóùåíèÿì, ÷òî è ðåàëèçóåòñÿ â ïðèâåäåííûõ ïðèìåðàõ. Óêàæåì òàêæå, ÷òî âðàùåíèå è äâèæåíèå (â òîì ÷èñëå êðèâîëèíåéíîå) ñëàáî ñâÿçàííûõ àâòîñîëèòîíîâ ïðîèñõîäÿò çäåñü â îòñóòñòâèå íåóñòîé÷èâîñòè êàêèõ-ëèáî íåïîäâèæíûõ ñòðóêòóð.
Ïðèâåäåííûå ðåçóëüòàòû íå èñ÷åðïûâàþò òåìó ëàçåðíûõ (îïòè÷åñêèõ) ñîëèòîíîâ. Òàê, â íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ ýêñïåðèìåíòîâ ïåðñïåêòèâíû ïîëóïðîâîäíèêîâûå ìèêðîðåçîíàòîðû íà êâàíòîâûõ ÿìàõ [8]. Íî äëÿ òàêèõ ëàçåðîâ ñóùåñòâåííà èíåðöèîííîñòü íåëèíåéíîãî îòêëèêà ñðåäû, êîòîðàÿ âûñòóïàåò êàê íîâàÿ äèíàìè÷åñêàÿ ïåðåìåííàÿ, ÷òî ïðèâîäèò ê íîâûì òèïàì àâòîñîëèòîíîâ [2]. Óâëåêàòåëåí è àíàëèç âçàèìîäåéñòâèÿ è äâèæåíèÿ òðåõìåðíûõ îïòè÷åñêèõ àâòîñîëèòîíîâ - «ëàçåðíûõ ïóëü» [2], à òàêæå ïðîÿâëåíèé èñòèííîé êâàíòîâîñòè ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ (ôëóêòóàöèé) â ñâîéñòâàõ è äâèæåíèè îïòè÷åñêèõ àâòîñîëèòîíîâ.
Îïòè÷åñêèå àâòîñîëèòîíû èíòåðåñíû íå òîëüêî äëÿ ôèçèêè, ñëåäóåò ó÷èòûâàòü òàêæå èõ ïåðñïåêòèâíîñòü äëÿ ïðèëîæåíèé â ñôåðå îáðàáîòêè èíôîðìàöèè. Çäåñü ïðåäëîæåí îðèãèíàëüíûé ïîäõîä äèñêðåòíî-àíàëîãîâûõ îïåðàöèé [2]. Òàê, èíôîðìàöèþ ìîæíî çàêîäèðîâàòü îòäåëüíûìè àâòîñîëèòîíàìè êàê «áèòàìè», è òîãäà íà øèðîêîé àïåðòóðå ñõåìû ìîæíî çàïèñàòü îäíîâðåìåííî ìíîãî åäèíèö èíôîðìàöèè.  èäåàëüíûõ óñëîâèÿõ àâòîñîëèòîí ìîæíî ñôîðìèðîâàòü â ëþáîì ìåñòå àïåðòóðû, íî ïîä äåéñòâèåì íåîäíîðîäíîñòåé åãî ïîëîæåíèå ìîæåò íåêîíòðîëèðóåìî ìåíÿòüñÿ. ×òîáû óäåðæàòü îòäåëüíûå ñîëèòîíû â îïðåäåëåííûõ ÿ÷åéêàõ, â ñõåìó íóæíî ââåñòè ñëàáóþ ðåãóëÿðíóþ ïðîñòðàíñòâåííóþ ìîäóëÿöèþ âíåøíåãî èçëó÷åíèÿ. Ìîäóëÿöèÿ íàâîäèò â ñõåìå óïðàâëÿåìóþ è ïåðåñòðàèâàåìóþ ñèñòåìó ÿ÷ååê, â êàæäîé èç êîòîðûõ ìîæåò áûòü çàïèñàí èëè íå çàïèñàí áèò. Íà ýòîì ýòàïå ñõåìà ðàáîòàåò â äèñêðåòíîì ðåæèìå. À íà ñëåäóþùåì ýòàïå âû÷èñëèòåëüíîãî öèêëà íåîäíîðîäíîñòü âíåøíåãî èçëó÷åíèÿ äèíàìè÷åñêè óñòðàíÿåòñÿ (àíàëîãîâûé ðåæèì). Ïðè ýòîì îáúåäèíåíèå ñîñåäíèõ àâòîñîëèòîíîâ â àñèììåòðè÷íóþ ïàðó áóäåò ïðèâîäèòü ê åå ïåðåäâèæåíèþ â äðóãóþ ÿ÷åéêó, ÷òî ïîçâîëÿåò, íàïðèìåð, îñóùåñòâèòü àâòîìàòè÷åñêèé ïåðåíîñ ðàçðÿäà ïðè ñëîæåíèè ÷èñåë è ðåàëèçîâàòü àâòîñîëèòîííûå ñõåìû ðåãèñòðà ñäâèãà è ïîëíîãî îïòè÷åñêîãî ñóììàòîðà [2]. Îòìåòèì è äðóãîå èíòåðåñíîå ïðèëîæåíèå îïòè÷åñêèõ âðåìåííÛõ àâòîñîëèòîíîâ äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðåäåëüíî êîðîòêèõ (ôåìòîñåêóíäíûõ èëè äàæå ñóáôåìòîñåêóíäíûõ) ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ â àêòèâíûõ íåëèíåéíûõ ñâåòîâîäàõ [9], ÷òî ìîæåò èìåòü äàëåêî èäóùèå ïîñëåäñòâèÿ äëÿ ïîâûøåíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ïåðåäà÷è èíôîðìàöèè, äëÿ áèîëîãèè è ôóíäàìåíòàëüíîé ìåòðîëîãèè. Íî äëÿ ñîçäàíèÿ ðåàëüíûõ óñòðîéñòâ åùå ïðåäñòîèò áîëüøàÿ ðàáîòà ïî îïòèìàëüíîìó âûáîðó ñõåì è ìàòåðèàëîâ è ïî ïîñòðîåíèþ áîëåå òåñíî ñâÿçàííîé ñ ýêñïåðèìåíòîì òåîðèè àâòîñîëèòîíîâ - óâëåêàòåëüíûõ îáúåêòîâ ñîâðåìåííîé íåëèíåéíîé ôèçèêè.
 òî æå âðåìÿ ïðåäñòàâëåííûå ðåçóëüòàòû èìåþò áîëåå îáùèé àñïåêò. Íàïðàøèâàåòñÿ, íàïðèìåð, çàìåíà îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ íà ýêñèòîíû è, ñîîòâåòñòâåííî, àíàëèç ôèçèêè ýêñèòîííûõ àâòîñîëèòîíîâ â ïîëóïðîâîäíèêîâûõ íàíîñòðóêòóðàõ. Õîòÿ îïòè÷åñêèå àâòîñîëèòîíû ïîÿâèëèñü íà ñâåò çàìåòíî ïîçæå ñâîèõ «áèîëîãè÷åñêèõ» è «õèìè÷åñêèõ» ñîáðàòüåâ, ïðåäñòàâëÿåòñÿ, ÷òî íà ñåãîäíÿ ñòåïåíü èõ èçó÷åííîñòè áîëåå âûñîêà, à íåêîòîðûå èç ñîëèòîííûõ ýôôåêòîâ, îáíàðóæåííûõ â îïòèêå, åùå íå èìåþò èçâåñòíûõ íåîïòè÷åñêèõ àíàëîãîâ. Çàìåòèì, ÷òî ðÿä ñâîéñòâ, âêëþ÷àÿ ñóùåñòâåííîñòü ýíåðãî- è ìàññîîáìåíà è ïîðîãîâûé õàðàêòåð âîçáóæäåíèÿ, ïîçâîëÿþò òðàêòîâàòü òàéôóíû êàê ãèãàíòñêèå âèõðåâûå àâòîñîëèòîíû. Çàìàí÷èâà èäåÿ óïðàâëåíèÿ äâèæåíèåì òàéôóíà èëè åãî ðàçðóøåíèåì. Àðãóìåíò ñêåïòèêîâ î íåñîèçìåðèìîñòè äîñòóïíîé äëÿ âîçäåéñòâèÿ ýíåðãèè ñ êîëîññàëüíîé ýíåðãèåé òàéôóíà ïðåäñòàâëÿåòñÿ íåóáåäèòåëüíûì; òàê, áîëüøàÿ ýíåðãèÿ áûñòðî äâèæóùåãîñÿ ïîåçäà íå â ñîñòîÿíèè ïðåäîòâðàòèòü åãî ðàçðóøåíèÿ ïðè îòâå÷àþùåì ñêðîìíîé ýíåðãèè àñèììåòðè÷íîì âîçìóùåíèè â âèäå äåôåêòà ðåëüñîâ.
Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ïîääåðæêå Ðîññèéñêîãî ôîíäà ôóíäàìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé.
Ïðîåêò 04-02-16605à.Ëèòåðàòóðà
1. Êèâøàðü Þ.Ñ., Àãðàâàë Ã.Ï. Îïòè÷åñêèå ñîëèòîíû. Ì., 2005.
2. Rosanov N.N. Spatial Hysteresis and Optical Patterns. Berlin, 2002.
3. Êåðíåð Á.Ñ., Îñèïîâ Â.Â. Àâòîñîëèòîíû. Ì., 1991.
4. Ðîçàíîâ Í.Í. Àâòîñîëèòîí. Áîëüøàÿ Ðîññèéñêàÿ ýíöèêëîïåäèÿ. Ò.1. 2005. Ñ.171.
5. Ðîçàíîâ Í.Í., Ôåäîðîâ Ñ.Â., Øàöåâ À.Í. // ÆÝÒÔ. 2006. Ò.129. Ñ.625-635.
6. http://www.freewebs.com/rosanovteam/
7. Rosanov N.N., Fedorov S.V., Shatsev A.N. // Phys. Rev. Lett. 2005. V.95. P.053903.
8. Barland S., Tredicce J.R., Brambilla M. et al. // Nature. 2002. V.419. P.699-702.
9. Âûñîòèíà Í.Â., Ðîçàíîâ Í.Í., Ñåìåíîâ Â.Å. // Ïèñüìà â ÆÝÒÔ. 2006. Ò.83. Ñ.337-340.
