非线性多模波导系统中光轨道角动量的热化
光学
2022-04-06 v1
摘要
我们展示了光场的轨道角动量（OAM）可在非线性圆柱形多模光波导中发生热化。我们发现，在热平衡时，光学熵的最大化导致一个广义瑞利-金斯分布，该分布支配着相对于离散 OAM 电荷数的模式功率占据。该分布的特征温度在本质上不同于与光场纵向电磁动量流相关的温度。与直觉相反且不同于先前结果，我们证明即使在正温度下，光纤的基态在功率上也不总是占据最多。相反，由于 OAM 的存在，热化过程可能偏好更高阶模式。我们推导出一个新的状态方程以及一个扩展的欧拉方程——这源于熵本身的可加性。通过监测具有相反自旋的两个多模光波前之间的非线性相互作用，我们展示了角动量交换由 OAM 温度差决定，完全符合热力学第二定律。此处提出的理论分析得到了考虑数百个模式复杂非线性动力学数值模拟的证实。我们的结果可能为具有可控轨道角动量的高功率光源铺平道路，并且在更基础的层面上，可阐明显示额外守恒律的其他复杂多模非线性玻色系统的物理。
引用
@article{arxiv.2112.10841,
title = {Thermalization of light's orbital angular momentum in nonlinear multimode waveguide systems},
author = {Fan O. Wu and Qi Zhong and Huizhong Ren and Pawel S. Jung and Konstantinos G. Makris and Demetrios N. Christodoulides},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.10841},
year = {2022}
}