Soliton quang học là đối tượng của nhiều nghiên cứu về mặt lý thuyết cũng như thực nghiệm trong suốt ba thập kỷ qua bởi những ứng dụng mạnh mẽ, tiềm tàng trong truyền đạt thông tin đường dài và toàn bộ các thiết bị chuyển mạch quang cực nhanh. Soliton quang học trong một sợi điện môi được đề xuất lần đầu tiên vào năm 1973 bởi Hasegawa và Tappert, được làm thí nghiệm kiểm tra bởi Moollenauer vào năm 1980. Sự tồn tại dạng xung Soltion trong sợi quang là nội dung quan trọng trong nghiên cứu quá trình lan truyền xung ánh sáng trong môi trường phi tuyến nói chung và trong sợi quang đơn mode nói riêng…
Cơ quan chủ quản Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ - Đại học Bách Khoa Hà Nội cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Việt Hưng cùng thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tính ổn định và mất đối xứng của các soliton trong các môi trường quang học phi tuyến” với hai mục tiêu chính: Thứ nhất là tìm ra các phương pháp mới để ổn định quá trình lan truyền của soliton không gian trong các môi trường quang phi tuyến. Ý tưởng cụ thể là dùng phương pháp biến điệu hệ số phi tuyến Kerr kết hợp với tác dụng của các phi tuyến bậc cao. Chúng tôi dự định thực hiện biến điệu hệ số phi tuyến Kerr theo dạng một kênh và hai kênh. Với các mô hình như vậy, do tính cạnh tranh phức tạp của các hiệu ứng phi tuyến, chúng tôi hy vọng tìm thấy nhiều cấu hình ổn định khác nhau của các soliton. Trong quá trình khảo sát tính ổn định, chúng tôi sẽ kiểm tra xem các soliton có tuân theo tiêu chuẩn Vakhitov-Kolokolov đã biết về tính ổn định hay không?
Mục tiêu thứ hai là tìm hiểu các đặc trưng của hiện tượng mất đối xứng của các soliton theo năng lượng của chúng và theo các tham số vật lý của mô hình đề xuất. Trong các trường hợp mà tiêu chuẩn Vakhitov-Kolokolov không hiệu lực thì chúng tôi hy vọng sẽ tìm thấy các dạng mới của giản đồ về tính ổn định của soliton. Với mục tiêu thứ hai này, chúng tôi tập trung vào các hệ hai kênh.
Sau thời gian nghiên cứu đề tài đã được tổng kết và công bố trong hai bài báo (đã liệt kê trong mục: Kết quả công bố và đào tạo), chi tiết như sau:
- Trong bài báo thứ nhất (Physica D, 269 (2014), 37-41.), chúng tôi khảo sát lan truyền của các soliton trong hệ hai kênh liên kết với nhau. Ở đây tính phi tuyến Kerr được giả thiết là định xứ trong từng kênh. Chúng tôi tìm thấy các trạng thái soliton ổn định có cấu hình đối xứng và bất đối xứng, đồng thời xây dựng giản đồ về tính ổn định. Kết luận là hệ tuân theo tiêu chuẩn Vakhitov-Kolokolov và sự mất đối xứng của soliton trong hệ có đặc trưng dưới tới hạn, vì trên giản đồ ổn định chúng tôi quan sát thấy hiện tượng trễ. Trong phần thứ hai của công trình, chúng tôi nghiên cứu sự mất đối xứng khi hệ hai soliton tương tác với nhau. Kết luận là trong quá trình tương tác, các nhiễu có thể được khuếch đại và các soliton đối xứng tham gia vào quá trình tương tác sẽ chuyển sang các trạng thái bất đối xứng nếu như năng lượng hoặc vận tốc của chúng nằm trong các miền giá trị xác định. Trong công trình này, chúng tôi đã phát triển các phương pháp gần đúng biến phân và phương pháp tính số (gần đúng Bogolubov) cho bài toán động lực học. So sánh về kết quả tính toán cho thấy sự phù hợp tốt giữa hai phương pháp này. Mô hình chúng tôi đề xuất ở đây có thể sử dụng trong các bộ ghép nối phi tuyến (nonlinear coupler) để thực hiện các chuyển mạch quang học. Các kết quả nghiên cứu này cũng hoàn toàn áp dụng được cho trường hợp các hệ ngưng tụ Bose-Einstein với tương tác hút được bẫy bởi từ trường với thế năng có dạng hai kênh.
- Trong bài báo thứ hai (Physical Review A, 90 (2014), 023841.), chúng tôi khảo sát lan truyền của các soliton trong các hệ mà tính phi tuyến Kerr định xứ trong một kênh và hai kênh, đồng thời có cạnh tranh của tính phi tuyến bậc năm. Mô hình này cho phép tồn tại các trạng thái soliton ổn định với cấu hình đối xứng, bất đối xứng và phản đối xứng. Chúng tôi xây dựng giản đồ về tính ổn định và nhận thấy rằng sự mất đối xứng của soliton có thể là dưới tới hạn hoặc trên tới hạn, tùy thuộc vào các tham số vật lý. Tính ổn định của soliton cũng có trường hợp tuân theo tiêu chuẩn Vakhitov-Kolokolov và có những trường hợp không tuân theo. Điều này cho thấy tính chất phức tạp của bài toán đề xuất. Khảo sát các mô hình một chiều và hai chiều chúng tôi đều thu được những kết quả phức tạp như thế. Theo quan điểm của chúng tôi, các kết quả này là thú vị, cả về mặt lý thuyết cũng như khả năng ứng dụng thực tế. Về mặt lý thuyết, chúng tôi bước đầu đã tiếp cận các hệ vật lý phi tuyến mà tính khả tích của nó có những điểm mới so với các hệ đã được nhiều nhóm khảo sát trước đây. Về mặt ứng dụng, chúng tôi có thể đề xuất các thiết bị chuyển mạch và ghép nối quang học với những tính chất mới so với các thiết bị thông dụng trong viễn thông quang học hiện nay. Trong thời gian tới, chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các hệ vật lý này.
Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 12864/2016) tại Cục Thông tin KH&CN quốc gia.