Growing of integrable turbulence

Физика Низких Температур: Том 46, Выпуск 8 (Август 2020), c. 934-939 ( к оглавлению , назад )

Growing of integrable turbulence

D.S. Agafontsev^1,2 and V.E. Zakharov^2,3

¹P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS, Moscow 117997, Russia

²Skolkovo Institute of Science and Technology, Moscow 121205, Russia

³Department of Mathematics, University of Arizona, Tucson 857201, AZ, USA
E-mail: dmitrij@itp.ac.ru

Received March 25, 2020, published online June 22, 2020

Abstract

We study numerically the integrable turbulence in the framework of the focusing one-dimensional nonlinear Schrödinger equation using a new method — the “growing of turbulence”. We add to the equation a weak controlled pumping term and start adiabatic evolution of turbulence from statistically homogeneous Gaussian noise. After reaching a certain level of average intensity, we switch off the pumping and realize that the “grown up” turbulence is statistically stationary. We measure its Fourier spectrum, the probability density function (PDF) of intensity and the autocorrelation of intensity. Additionally, we show that, being adiabatic, our method produces stationary states of the integrable turbulence for the intermediate moments of pumping as well. Presently, we consider only the turbulence of relatively small level of nonlinearity; however, even this “moderate” turbulence is characterized by enhanced generation of rogue waves.

Анотація

Чисельними методами вивчено інтегровану турбулентність у межах фокусування одновимірного нелінійного рівняння Шредінгера за допомогою нового методу «зростання турбулентності». До рівняння додається керований доданок, що описує слабке накачування, та досліджується адіабатична еволюція турбулентності зі статистично однорідного гаусівського шуму. Виявлено, що після вимкнення накачування турбулентність, яка виникла, є статистично нерухомою. Виміряно спектр Фур’є цієї турбулентності, функцію густини ймовірності інтенсивності та автокореляцію інтенсивності. Показано, що, являючись адіабатичним, запропонований метод створює стаціонарні стани інтегрованої турбулентності також для проміжних моментів накачування. Розглянуто лише турбулентність з відносно невеликим рівнем нелінійності; проте навіть така «помірна» турбулентність характеризується посиленням генерації «особливих» хвиль (rogue waves).

Key words: integrable turbulence, pumping, nonlinear Schrödinger equation.

References

1. V. E. Zakharov, Studies in Applied Mathematics 122, 219 (2009). CrossRef Google Scholar

2. V. E. Zakharov, Sov. Phys. JETP 33, 538 (1971). Google Scholar

3. G. A. El and A. M. Kamchatnov, Phys. Rev. Lett. 95, 204101 (2005). CrossRef Google Scholar

4. E. N. Pelinovsky, E. G. Shurgalina, A. V. Sergeeva, T. G. Talipova, G. A. El, and R. H. J. Grimshaw, Phys. Lett. A 377, 272 (2013). CrossRef Google Scholar

5. E. Pelinovsky and E. Shurgalina, in Advances in Dynamics, Patterns, Cognition, (Springer, 2017), Vol. 295. Google Scholar

6. P. Walczak, S. Randoux, and P. Suret, Phys. Rev. Lett. 114, 143903 (2015). CrossRef Google Scholar

7. D. S. Agafontsev and V. E. Zakharov, Nonlinearity 28, 2791 (2015). CrossRef Google Scholar

8. N. Akhmediev, J. M. Soto-Crespo, and N. Devine, Phys. Rev. E 94, 022212 (2016). CrossRef Google Scholar

9. P. Suret, R. El Koussaifi, A. Tikan, C. Evain, S. Randoux, C. Szwaj, and S. Bielawski, Nat. Commun. 7, 13136 (2016). CrossRef Google Scholar

10. S. Randoux, P. Walczak, M. Onorato, and P. Suret, Physica D 333, 323 (2016). CrossRef Google Scholar

11. D. S. Agafontsev and V. E. Zakharov, Nonlinearity 29, 3551 (2016). CrossRef Google Scholar

12. A. A. Gelash and D. S. Agafontsev, Phys. Rev. E 98, 042210 (2018). CrossRef Google Scholar

13. A. Gelash, D. Agafontsev, V. Zakharov, G. El, S. Randoux, and P. Suret, Phys. Rev. Lett. 123, 234102 (2019). CrossRef Google Scholar

14. D. S. Agafontsev, S. Randoux, and P. Suret, arXiv preprint arXiv:2003.03218 (2020). CrossRef Google Scholar

15. V. E. Zakharov and A. B. Shabat, Sov. Phys. JETP 34, 62 (1972). Google Scholar

16. S. Novikov, S. V. Manakov, L. P. Pitaevskii, and V. E. Zakharov, Theory of Solitons: the Inverse Scattering Method (Springer Science & Business Media, New York, 1984). Google Scholar

17. S. Nazarenko, Wave Turbulence (Springer, 2011), Vol. 825. Google Scholar

18. G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics (Academic Press, 2001). Google Scholar

19. B. G. Bale, O. G. Okhitnikov, and S. K. Turitsyn, Fiber Lasers, Chapter 5: Modeling and Technologies of Ultrafast Fiber Lasers, edited by O. G. Okhitnikov (Wiley Online Library, 2012), p. 135. Google Scholar

20. A. Kraych, D. Agafontsev, S. Randoux, and P. Suret, Phys. Rev. Lett. 123, 093902 (2019). CrossRef Google Scholar

21. A. Costa, A. R. Osborne, D. T. Resio, S. Alessio, E. ChrivÃ¬, E. Saggese, K. Bellomo, and C. E. Long, Phys. Rev. Lett. 113, 108501 (2014). CrossRef Google Scholar

22. I. Redor, E. BarthÃ©lemy, H. Michallet, M. Onorato, and N. Mordant, Phys. Rev. Lett. 122, 214502 (2019). CrossRef Google Scholar