Нелинейная динамика сверхмощных ультракоротких лазерных импульсов: эксафлопные вычисления на лабораторном компьютере и субпериодные световые пули

Распространение мощных сверхкоротких световых импульсов сопровождается сложной нелинейной пространственно-временно́й динамикой, в которой многообразные эффекты спектрально-временно́го преобразования поля неразрывно связаны с неоднородной по импульсу пространственной динамикой светового пучка. Анализ нелинейной динамики мощных сверхкоротких световых импульсов с учётом пучковых неустойчивостей, распада пучка на множественные филаменты, а также уникальных явлений формирования предельно коротких импульсов светового поля приводит к задачам, эквивалентным по вычислительной сложности задачам моделирования временно́й эволюции физической системы с несколькими миллиардами степеней свободы. Для выполнения расчётов такого класса сложности требуется эксафлопный объём вычислительных операций, который, как правило, выполняется с использованием суперкомпьютеров. Представлены методы физического моделирования и численного анализа, позволяющие решать подобные задачи на лабораторном компьютере с объединёнными в кластер графическими ускорителями. Выполненные таким методом эксафлопные вычисления указывают на существование новых уникальных явлений пространственно-временно́й динамики сверхмощных ультракоротких световых импульсов. Показана возможность формирования мощных световых импульсов рекордно малой длительности в виде световых пуль, в которых световое поле оказывается локализованным одновременно в пространстве и времени благодаря балансу дисперсии и нелинейности в условиях подавления дифракционной расходимости пучка в результате совместного действия керровской и ионизационной нелинейностей.