We investigate the spatiotemporal dynamics of cavity solitons in a broad area vertical-cavity surface-emitting laser with saturable absorption subjected to time-delayed optical feedback. Using a combination of analytical, numerical, and path continuation methods, we analyze the bifurcation structure of stationary and moving cavity solitons and identify two different types of traveling localized solutions, corresponding to slow and fast motion. We show that the delay impacts both stationary and moving solutions either causing drifting and wiggling dynamics of initially stationary cavity solitons or leading to stabilization of intrinsically moving solutions. Finally, we demonstrate that the fast cavity solitons can be associated with a lateral mode-locking regime in a broad-area laser with a single longitudinal mode.
References
1.
N.
Akhmediev
and A.
Ankiewicz
, Dissipative Solitons: From Optics to Biology and Medicine Series
, Lecture Notes in Physics (Springer
Berlin Heidelberg
, 2008
), Vol. 751
.2.
H.-G.
Purwins
, H. U.
Bödeker
, and S.
Amiranashvili
, Adv. Phys.
59
, 485
(2010
).3.
A. W.
Liehr
, Dissipative Solitons in Reaction Diffusion Systems. Mechanism, Dynamics, Interaction
, Springer Series in Synergetics (Springer
, Berlin/Heidelberg
, 2013
), Vol. 70
.4.
O.
Lejeune
, M.
Tlidi
, and P.
Couteron
, Phys. Rev. E
66
, 010901
(2002
).5.
E.
Meron
, E.
Gilad
, J.
von Hardenberg
, M.
Shachak
, and Y.
Zarmi
, Chaos, Solitons Fractals
19
, 367
(2004
).6.
A. S.
Mikhailov
and K.
Showalter
, Phys. Rep.
425
, 79
(2006
).7.
M.
Tlidi
, K.
Staliunas
, K.
Panajotov
, A. G.
Vladimirov
, and M. G.
Clerc
, Philos. Trans. R. Soc. London Ser. A
372
, 20140101
(2014
).8.
M. B.
Short
, M. R.
D'Orshogna
, V. B.
Pasour
, G. E.
Tita
, P. J.
Brantingham
, A. L.
Bertozzi
, and L. B.
Chayes
, Math. Models Methods Appl. Sci.
18
, 1249
(2008
).9.
L.
Lugiato
, Chaos Solitons Fractals
4
, 1251
(1994
).10.
N. N.
Rosanov
, Prog. Opt.
35
, 1
(1996
).11.
P.
Mandel
and M.
Tlidi
, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt.
6
, R60
(2004
).12.
T.
Ackemann
, W.
Firth
, and G.-L.
Oppo
, Adv. At. Mol. Opt. Phys.
57
, 323
(2009
).13.
A.
Jacobo
, D.
Gomila
, M. A.
Matías
, and P.
Colet
, New J. Phys.
14
, 013040
(2012
).14.
F.
Pedaci
, S.
Barland
, E.
Caboche
, P.
Genevet
, M.
Giudici
, J. R.
Tredicce
, T.
Ackemann
, A. J.
Scroggie
, W. J.
Firth
, G.-L.
Oppo
, G.
Tissoni
, and R.
Jäger
, Appl. Phys. Lett.
92
, 011101
(2008
).15.
S.
Barbay
, R.
Kuszelewicz
, and J. R.
Tredicce
, Adv. Opt. Technol.
2011
, 628761
(2011
).16.
P.
Genevet
, S.
Barland
, M.
Giudici
, and J.
Tredicce
, Phys. Rev. Lett.
101
, 123905
(2008
).17.
T.
Elsass
, K.
Gauthron
, G.
Beaudoin
, I.
Sagnes
, R.
Kuszelewicz
, and S.
Barbay
, Eur. J. Phys. D
59
, 91
(2010
).18.
X.
Hachair
, F.
Pedaci
, E.
Caboche
, S.
Barland
, M.
Giudici
, J. R.
Tredicce
, F.
Prati
, G.
Tissoni
, R.
Kheradmand
, L. A.
Lugiato
, I.
Protsenko
, and M.
Brambilla
, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electr.
12
, 339
(2006
).19.
X.
Hachair
, G.
Tissoni
, H.
Thienpont
, and K.
Panajotov
, Phys. Rev. A
79
, 011801(R)
(2009
).20.
E.
Averlant
, M.
Tlidi
, H.
Thienpont
, T.
Ackemann
, and K.
Panajotov
, Opt. Express
22
, 762
(2014
).21.
E.
Averlant
, M.
Tlidi
, H.
Thienpont
, T.
Ackemann
, and K.
Panajotov
, Sci. Rep.
6
, 20428
(2016
).22.
A. G.
Vladimirov
, S. V.
Fedorov
, N. A.
Kaliteevskii
, G. V.
Khodova
, and N. N.
Rosanov
, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt.
1
, 101
(1999
).23.
S.
Fedorov
, A.
Vladimirov
, G.
Khodova
, and N.
Rosanov
, Phys. Rev. E
61
, 5814
(2000
).24.
M.
Bache
, F.
Prati
, G.
Tissoni
, R.
Kheradmand
, L.
Lugiato
, I.
Protsenko
, and M.
Brambilla
, Appl. Phys. B
81
, 913
(2005
).25.
F.
Prati
, G.
Tissoni
, L. A.
Lugiato
, K. M.
Aghdami
, and M.
Brambilla
, Eur. J. Phys. D
59
, 73
(2010
).26.
S. V.
Fedorov
, N. N.
Rozanov
, and A. N.
Shatsev
, Opt. Spectrosc.
102
, 449
(2007
).27.
M.
Tlidi
, A. G.
Vladimirov
, D.
Pieroux
, and D.
Turaev
, Phys. Rev. Lett.
103
, 103904
(2009
).28.
S. V.
Gurevich
and R.
Friedrich
, Phys. Rev. Lett.
110
, 014101
(2013
).29.
F.
Tabbert
, C.
Schelte
, M.
Tlidi
, and S. A.
Gurevich
, Phys. Rev. E
95
, 032213
(2017
).30.
K.
Panajotov
and M.
Tlidi
, Eur. J. Phys. D
59
, 67
(2010
).31.
M.
Tlidi
, E.
Averlant
, A. G.
Vladimirov
, and K.
Panajotov
, Phys. Rev. A
86
, 033822
(2012
).32.
A.
Pimenov
, A. G.
Vladimirov
, S. V.
Gurevich
, K.
Panajotov
, G.
Huyet
, and M.
Tlidi
, Phys. Rev. A
88
, 053830
(2013
).33.
A. G.
Vladimirov
, A.
Pimenov
, S. V.
Gurevich
, K.
Panajotov
, E.
Averlant
, and M.
Tlidi
, Philos. Trans. R. Soc. London Ser. A
372
, 20140013
(2014
).34.
N.
Akhmediev
, B.
Kibler
, F.
Baronio
, M.
Beli
, W.
Zhong
, Y.
Zhang
, W.
Chang
, J.
Soto-Crespo
, P.
Vouzas
, P.
Grelu
, C.
Lecaplain
, K.
Hammani
, S.
Rica
, A.
Picozzi
, M.
Tlidi
, K.
Panajotov
, A.
Mussot
, A.
Bendahmane
, P.
Szriftgiser
, G.
Genty
, J.
Dudley
, A.
Kudlinski
, A.
Demircan
, U.
Morgner
, S.
Amiraranashvili
, C.
Bree
, G.
Steinmeyer
, C.
Masoller
, N. G. R.
Broderick
, A. F. J.
Runge
, M.
Erkintalo
, S.
Residori
, U.
Bortolozzo
, F. T.
Arecchi
, S.
Wabnitz
, C. G.
Tiofack
, S.
Coulibaly
, and M.
Taki
, J. Opt.
18
, 063001
(2016
).35.
K.
Panajotov
, D.
Puzyrev
, A. G.
Vladimirov
, S. V.
Gurevich
, and M.
Tlidi
, Phys. Rev. A
93
, 043835
(2016
).36.
K.
Panajotov
and M.
Tlidi
, Opt. Lett.
39
, 4739
(2014
).37.
D.
Puzyrev
, A. G.
Vladimirov
, S. V.
Gurevich
, and S.
Yanchuk
, Phys. Rev. A
93
, 041801
(2016
).38.
N. N.
Rozanov
, Sov. J. Quantum Electron.
4
, 1191
(1975
).39.
R.
Lang
and K.
Kobayashi
, IEEE J. Quantum Electron.
16
, 347
(1980
).40.
F.
Prati
, L.
Lugiato
, G.
Tissoni
, and M.
Brambilla
, Phys. Rev. A
84
, 053852
(2011
).41.
H.
Vahed
, F.
Prati
, M.
Turconi
, S.
Barland
, and G.
Tissoni
, Philos. Trans. R. Soc. London Ser. A
372
, 20140016
(2014
).42.
M.
Marconi
, J.
Javaloyes
, S.
Balle
, and M.
Giudici
, Phys. Rev. Lett.
112
, 223901
(2014
).43.
A. G.
Vladimirov
and D.
Turaev
, Phys. Rev. A
72
, 033808
(2005
).44.
A.
Pimenov
, T.
Habruseva
, D.
Rachinskii
, S. P.
Hegarty
, G.
Huyet
, and A. G.
Vladimirov
, Opt. Lett.
39
, 6815
(2014
).45.
J.
Javaloyes
, Phys. Rev. Lett.
116
, 043901
(2016
).46.
K.
Green
, B.
Krauskopf
, F.
Marten
, and D.
Lenstra
, SIAM J. Appl. Dyn. Syst.
8
, 222
(2009
).47.
S.
Yanchuk
and M.
Wolfrum
, SIAM J. Appl. Dyn. Syst.
9
, 519
(2010
).48.
M. C.
Soriano
, J.
García-Ojalvo
, C. R.
Mirasso
, and I.
Fischer
, Rev. Mod. Phys.
85
, 421
(2013
).49.
D.
Puzyrev
, S.
Yanchuk
, A.
Vladimirov
, and S.
Gurevich
, SIAM J. Appl. Dyn. Syst.
13
, 986
(2014
).50.
Y.
Tanguy
, T.
Ackemann
, and R.
Jäger
, Phys. Rev. A
74
, 053824
(2006
).51.
M.
Wolfrum
, S.
Yanchuk
, P.
Hövel
, and E.
Schöll
, Eur. Phys. J.: Spec. Top.
191
, 91
(2010
).52.
M.
Lichtner
, M.
Wolfrum
, and S.
Yanchuk
, SIAM J. Math. Anal.
43
, 788
(2011
).53.
J.
Sieber
, M.
Wolfrum
, M.
Lichtner
, and S.
Yanchuk
, Discrete Contin. Dyn. Syst.
33
, 3109
(2013
).54.
55.
M. A.
Dahlem
, F. M.
Schneider
, and E.
Schöll
, Chaos
18
, 026110
(2008
).56.
A.
Kraft
and S. V.
Gurevich
, in
Control of Self-Organizing Nonlinear Systems
, Understanding Complex Systems, edited by E.
Schöll
, S. H. L.
Klapp
, and P.
Hövel
(Springer International Publishing
, 2016
), pp. 413
–430
.57.
C.
Schelte
, K.
Panajotov
, M.
Tlidi
, and S. V.
Gurevich
, Phys. Rev. A
96
, 023807
(2017
).© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.
