Stable Vortex Solitons Sustained by Localized Gain in a Cubic Medium

涡流 耗散系统 物理 非线性系统 拓扑量子数 凝聚态物理 振幅 经典力学 量子力学 机械
作者
Chunyan Li,Yaroslav V. Kartashov
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:132 (21) 被引量:4
标识
DOI:10.1103/physrevlett.132.213802
摘要

We propose a simple dissipative system with purely cubic defocusing nonlinearity and nonuniform linear gain that can support stable localized dissipative vortex solitons with high topological charges without the utilization of competing nonlinearities and nonlinear gain or losses. Localization of such solitons is achieved due to an intriguing mechanism when defocusing nonlinearity stimulates energy flow from the ringlike region with linear gain to the periphery of the medium where energy is absorbed due to linear background losses. Vortex solitons bifurcate from linear gain-guided vortical modes with eigenvalues depending on topological charges that become purely real only at specific gain amplitudes. Increasing gain amplitude leads to transverse expansion of vortex solitons, but simultaneously it usually also leads to stability enhancement. Increasing background losses allows creation of stable vortex solitons with high topological charges that are usually prone to instabilities in conservative and dissipative systems. Propagation of the perturbed unstable vortex solitons in this system reveals unusual dynamical regimes, when instead of decay or breakup, the initial state transforms into stable vortex solitons with lower or sometimes even with higher topological charge. Our results suggest an efficient mechanism for the formation of nonlinear excited vortex-carrying states with suppressed destructive azimuthal modulational instabilities in a simple setting relevant to a wide class of systems, including polaritonic systems, structured microcavities, and lasers.
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