La propagación de haces y pulsos de luz en medios ópticos con respuesta no lineal da lugar una rica dinámica en la que surgen estructuras ondulatorias emergentes como los solitones espaciales (haces de luz auto-atrapados), solitones temporales (pulsos en fibras ópticas) o incluso solitones espaciotemporales (bolas de luz) en un medio tridimensional. Éstas y otras son estructuras ondulatorias robustas con comportamiento cuasi-corpuscular y que son de gran interés para comunicaciones a grandes distancias, como pinzas ópticas o micro-rotores ópticos, para procesado de materiales, o en su interacción con átomos y moléculas.

En la actualidad existe una enorme variedad de estructuras de luz auto-formadas dependiendo de la excitación en el medio y sus propiedades no lineales, como los muelles de luz (una instantánea se muestra en la primera imagen) que se forman cuando un pulso ultrapotente de duración de femtosegundos (10^-15 s) excita altos armónicos en su interacción con moléculas de un gas, y cuya duración es típicamente de 10^-17 s, pudiéndose con ellos monitorizar y controlar el movimiento de electrones en átomos y moléculas y el transcurso de reacciones químicas (femtoquímica). Otro ejemplo es el haz de luz llamado “azimutón” disipativo cuya amplitud y fase en un cortes transversal se ve en la segunda imagen. Esta estructura rota rígidamente durante la propagación, con lo que la luz viaja helicoidalmente. En otras ocasiones, la no linealidad no da lugar a una estructura robusta, sino a inestabilidad y eventualmente caos, como indica el diagrama del espacio de fases de la intensidad de la tercera imagen.

Todas estas estructuras de luz están siendo generadas y usadas en aplicaciones en experimentos actuales en diversos laboratorios de repartidos por el mundo, por lo que su estudio teórico y la predicción de la existencia de otras estructuras “pre-diseñandas” es una rama de la óptica no lineal de gran auge en la actualidad.