Evolution of ultrashort light pulses in a two-level medium visualized with the finite-difference time domain technique

Abstract

The finite-difference time-domain technique is employed to examine the evolution of the amplitude, duration, waveform, and phase of ultrashort light pulses propagating in a medium of two-level atoms or molecules. The results of these numerical simulations agree reasonably well with predictions of the McCall-Hahn analysis for the evolution of the amplitude and the phase of short pulses in a two-level medium until the pulse duration becomes less than the duration of a single optical cycle. Noticeable deviations from the McCall-Hahn scenario were observed for pulses with durations shorter than the duration of a single field cycle.

Maxwell-Drude-Bloch dissipative few-cycle optical solitons

“…Moreover, the magnetic field quickly approaches zero at the boundary. This leads to favorable conditions for the application of analytical formulas based on the distribution (17). First, in our numerical simulations we observed that the maximum of the magnetic-field distribution indeed moves with time as (t − t 0 ) 1/2 .…”

“…However, the notion of a pulse envelope is no longer appropriate for few-cycle pulses: as a consequence, the area theorem is no longer valid, see Refs. [16,17]. For few-cycle pulses, instead of the envelope area, it is appropriate to consider the electric-field area, which is defined as the time integral with infinite limits of the electric field itself (and not its envelope).…”

О Расщеплении Субциклового Импульса При Когерентном Распространении В Резонансной Среде

“…Эволюция площади импульса при когерентном распространении длинных импульсов в резонансных средах подчиняется теоре-ме площадей Мак-Колла и Хана [13][14][15][16]. Однако, как показывают исследования, когда длительность импуль-са сравнима с периодом колебания световой волны, возможны отклонения от теоремы площадей, и по-нятие площади импульса (1) становится не примени-мым [17][18][19][20][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39]. В особенности понятие площади импульса не при-менимо в случае так называемых униполярных им-пульсов, электрическое поле в которых не меняет знак в течение длительности импульса.…”

“…Например, импульс входной площади, определяемой формулой (1) и равной 4π, расщепляется на пару 2π-импульсов СИП, распространяющихся с раз-ной скоростью [13][14][15][16]. Это явление имеет место также в случае распространения одноциклового биполярного импульса в резонансной среде [35]. Однако в случае униполярного субциклового импульса, как упоминалось выше, понятие площади импульса (1) неприменимо, и теорема площадей нарушается [35].…”

“…Это явление имеет место также в случае распространения одноциклового биполярного импульса в резонансной среде [35]. Однако в случае униполярного субциклового импульса, как упоминалось выше, понятие площади импульса (1) неприменимо, и теорема площадей нарушается [35]. В этом случае необ-ходимо говорить об электрической площади импуль-са (2).…”