Самофокусировка света – концентрация энергии световой волны, распространяющейся в нелинейной среде, показатель преломления n которой растет с увеличением амплтуды поля E:

n=n₀+n_нл(|E|²). (1)

показатель преломления среды может увеличиваться с ростом поля E вследствие изменения нелинейной поляризации среды, оптического Керра эффекта, электрострикции, резонансного возбуждения среды и т. д. Под действием светового пучка, имеющего, например, гауссову форму, нелинейная среда становится оптически неоднородной: в центре пучка, где больше интенсивность, показатель преломления больше, чем для краев пучка, а следовательно, фазовая скорость в центре будет меньше, чем по краям пучка. Это приведет к искажению первоначально плоского волнового фронта, а лучи, распространяющиеся по нормали к фронту, искривляются к оси. Первоначально однородная среда становится своеобразной собирающей линзой, фокус которой находится на некотором расстоянии f_нл от входа пучка в среду.
Если толщина нелинейного слоя l>>f_нл, самофокусировка света описывается квазиоптическим нелинейным уравнением, в котором учитывается не только нелинейная рефракция, но и дифракция:

I_з=∫∫{|gradA|² – k₀f_нл(|A|²)}dxdy,

f_нл=∫n_нл(ξ)dξ, (2)

характеризующий соотношение линейной дифракции (первый член подынтегрального выражения) и самовоздействие пучка. В слабых полях (A→0, n_пл→0, f_нл→0) интеграл (2) положителен и пучок испытывает только дифракцию. Однако в нелинейной среде под воздействием достаточно сильных полей знак I_з может стать отрицательным за счет члена fнл и линейная дифракция сменяется самофокусировкой или образованием волновода. Нелинейный волновод образуется при компенсации дифракционной расходимости нелинейной рефракцией:

Показатель преломления n среды может увеличиваться с ростом поля вследствие нелинейного изменения электронной поляризации вещества из-за высокочастотного Керра эффекта, электрострикции, нагрева и др. В результате этого в среде происходит отклонение лучей в сторону большей интенсивности поля (нелинейная рефракция). Если нелинейная рефракция подавляет дифракционную расходимость светового пучка (для чего необходима мощность светового потока, превышающая определённую пороговую величину), то в среде возникают «фокальные точки». С увеличением мощности число фокусов растет и они приближаются ко входу в нелинейную среду. В случае световых импульсов фокусы движутся с околосветовыми скоростями. Концентрация поля при самофокусировки света происходит значительно сильнее, чем при обычной фокусировке линзой. Самофокусировка света может привести к электрическому пробою, может способствовать развитию процессов вынужденного рассеяния света и других нелинейных процессов.
При определённых условиях число фокусов может стать столь большим, что свет будет распространяться в осциллирующем диэлектрическом волноводе (световоде), образованном в нелинейной среде самим световым пучком. Пучок специального профиля, несущий критическую мощность, сохраняет своё сечение постоянным. С помощью таких световодов можно передавать световую энергию на большие расстояния.
В движущейся среде (в конвективных потоках жидкостей и газов) или при сканировании пучка возникает его отклонение от первоначального направления. Угол отклонения зависит от мощности пучка и скорости поперечного движения среды.
В средах, показатель преломления которых уменьшается с ростом интенсивности, имеет место обратное явление дефокусировка световых пучков (нелинейное расплывание пучков). Наиболее распространена тепловая дефокусировка, обусловленная уменьшением показателя преломления вследствие расширения вещества при его нагреве светом. Самофокусировка и дефокусировка наблюдаются в экспериментах с лазерным излучением, проходящим через конденсированные и газообразные среды (в том числе воздух и плазму).

Солитон — структурно устойчивая уединённая волна, распространяющаяся в нелинейной среде.
Солитоны ведут себя подобно частицам (частицеподобная волна): при взаимодействии друг с другом или с некоторыми другими возмущениями они не разрушаются, а двигаются, сохраняя свою структуру неизменной. Это свойство может использоваться для передачи данных на большие расстояния без помех.
История изучения солитона началась в августе 1834 года, на берегу канала Юнион вблизи Эдинбурга. Джон Скотт Рассел(англ.) наблюдает на поверхности воды явление, которое он называет уединённой волной - "solitary wave".
Первыми слово "солитон" употребили для описания нелинейных волн, взаимодействующих как частицы. Солитон чуть было не стал "солитРоном", но ему повезло - в те времена существовала фирма с аналогичным названием, и одной буквой пришлось поступиться.
Солитоны бывают различной природы:
* на поверхности жидкости (первые солитоны, обнаруженные в природе), иногда считают таковыми волны цунами и бор
* ионозвуковые и магнитозвуковые солитоны в плазме.
* гравитационные солитоны в слоистой жидкости.
* солитоны в виде коротких световых импульсов в активной среде лазера.
* предположительно, примером солитона является Гигантский гексагон на Сатурне.
* можно рассматривать в виде солитонов нервные импульсы.