論文の概要: An introduction to nonlinear fiber optics and optical analogues to gravitational phenomena
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.15695v1
- Date: Wed, 17 Dec 2025 18:50:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-18 17:06:27.112366
- Title: An introduction to nonlinear fiber optics and optical analogues to gravitational phenomena
- Title（参考訳）: 非線形光ファイバ光学と光アナログの重力現象への応用
- Authors: Dimitrios Kranas, Andleeb Zahra, Friedrich König,
- Abstract要約: ブラックホールの時空におけるスカラー場の伝播に類似したプローブ光が,媒体中の強烈な光が有効背景時空を生成することを示す。
我々は、この有効時空において光学的地平線と粒子生成を導入し、光学的ホーキング効果をもたらす。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The optical fiber is a revolutionary technology of the past century. It enables us to manipulate single modes in nonlinear interactions with precision at the quantum level without involved setups. This setting is useful in the field of analogue gravity (AG), where gravitational phenomena are investigated in accessible analogue lab setups. These lecture notes provide an account of this AG framework and applications. Although light in nonlinear dielectrics is discussed in textbooks, the involved modelling often includes many assumptions that are directed at optical communications, some of which are rarely detailed. Here, we provide a self-contained and sufficiently detailed description of the propagation of light in fibers, with a minimal set of assumptions, which is relevant in the context of AG. Starting with the structure of a step-index fiber, we derive linear-optics propagating modes and show that the transverse electric field of the fundamental mode is well approximated as linearly polarized and of a Gaussian profile. We then incorporate a cubic nonlinearity and derive a general wave envelope propagation equation. With further simplifying assumptions, we arrive at the famous nonlinear Schrödinger equation, which governs fundamental effects in nonlinear fibers, such as solitons. As a first application in AG, we show how intense light in the medium creates an effective background spacetime for probe light akin to the propagation of a scalar field in a black hole spacetime. We introduce optical horizons and particle production in this effective spacetime, giving rise to the optical Hawking effect. Furthermore, we discuss two related light emission mechanisms. Finally, we present a second optical analogue model for the oscillations of black holes, the quasinormal modes, which are important in the program of black hole spectroscopy.
- Abstract（参考訳）: 光ファイバーは、過去世紀における革命的な技術である。
これにより、セットアップを伴わずに、量子レベルでの精度で非線形相互作用の単一モードを操作できる。
この設定はアナログ重力(AG)の分野で有用であり、重力現象はアクセス可能なアナログ実験室で研究される。
これらの講義ノートには、このAGフレームワークと応用について説明されている。
非線形誘電体における光は教科書で論じられているが、関連するモデリングには光学通信に向けられた多くの仮定が含まれており、そのいくつかはほとんど詳細ではない。
ここでは,光ファイバーにおける光の伝播について,AGの文脈に関係する最小の仮定を用いて,自己完結かつ十分に詳細に記述する。
ステップインデックスファイバーの構造から、線形光伝搬モードを導出し、基本モードの逆電場が線形偏光およびガウスプロファイルとよく近似されていることを示す。
次に、立方次非線形性を導入し、一般的な波の包絡伝播方程式を導出する。
さらに単純な仮定で、ソリトンのような非線形ファイバーの基本的な効果を支配する有名な非線形シュレーディンガー方程式に到達する。
AGにおける最初の応用として、ブラックホールの時空におけるスカラー場の伝播に類似したプローブ光の有効背景時空が、媒体中の強烈な光によって生成されることを示す。
我々は、この有効時空において光学的地平線と粒子生成を導入し、光学的ホーキング効果をもたらす。
さらに,2つの関連する発光機構について考察する。
最後に、ブラックホール分光のプログラムにおいて重要な準正規モードであるブラックホールの振動に関する第2の光学アナログモデルを示す。
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