<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">633890</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2021.633890</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>On the Stabilization of Breather-type Solutions of the Damped Higher Order Nonlinear Schr&#xf6;dinger Equation</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Schober and Islas</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Stabilization of Damped HONLS Solutions</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Schober</surname>
<given-names>C. M.</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1152665/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Islas</surname>
<given-names>A. L.</given-names>
</name>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>Department of Mathematics, University of Central Florida, <addr-line>Orlando</addr-line>, <addr-line>FL</addr-line>, <country>United&#x20;States</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/906227/overview">Amin Chabchoub</ext-link>, The University of Sydney, Australia</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1160843/overview">Petr Grinevich</ext-link>, Steklov Mathematical Institute, Russia</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/787110/overview">Xing Lu</ext-link>, Beijing Jiaotong University, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: C. M. Schober, <email>cschober@ucf.edu</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Mathematical and Statistical Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>30</day>
<month>04</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>633890</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>26</day>
<month>11</month>
<year>2020</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>08</day>
<month>02</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 Schober and Islas.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Schober and Islas</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Spatially periodic breather solutions (SPBs) of the nonlinear Schr&#xf6;dinger (NLS) equation are frequently used to model rogue waves and are typically unstable. In this paper we study the effects of dissipation and higher order nonlinearities on the stabilization of <italic>N</italic>-mode SPBs, <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="minf1">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in the framework of a damped higher order NLS (HONLS) equation. We observe the onset of novel instabilities associated with the development of critical states resulting from symmetry breaking in the damped HONLS system. We develop a broadened Floquet characterization of instabilities of solutions of the NLS equation by showing that instabilities are associated with degenerate complex elements of not only the discrete, but also the continuous Floquet spectrum. As a result, the Floquet criteria for the stabilization of a solution of the damped HONLS centers around the elimination of all complex degenerate elements of the spectrum. For a given initial <italic>N</italic>-mode SPB, a short-time perturbation analysis shows that the complex double points associated with resonant modes split under the damped HONLS while those associated with nonresonant modes remain closed. The corresponding /damped HONLS numerical experiments corroborate that instabilities associated with nonresonant modes persist on a longer time scale than the instabilities associated with resonant&#x20;modes.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>spatially periodic breathers</kwd>
<kwd>rogue waves</kwd>
<kwd>modulational instability</kwd>
<kwd>higher order nonlinear Schr&#xf6;dinger</kwd>
<kwd>Floquet spectrum</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>In one of his foundational studies, Stokes established the existence of traveling nonlinear periodic wave trains in deep water [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. The stability of these waves was resolved when Benjamin and Feir proved that in sufficiently deep water the Stokes wave is modulationally unstable. Small perturbations of Stokes waves were found to lead to exponential growth of the side bands [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. More recently, modulational instability (MI) of the background state is considered to play a prominent role in the development of rogue waves in oceanic sea states, nonlinear optics, and plasmas [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>].</p>
<p>The nonlinear Schr&#xf6;dinger (NLS) equation (when <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="minf2">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>) is one of the simplest models for studying phenomena related to MI; as such, special solutions of the NLS equation are regarded as prototypes of rogue waves. Among the more tractable &#x201c;rogue wave&#x201d; solutions of the NLS equation are the rational solutions (with the Peregrine breather being the lowest order) and the spatially periodic breathers (SPBs) which are constructed as heteroclinic orbits of modulationally unstable Stokes waves [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. In the case of the Stokes waves with <italic>N</italic> unstable modes (UMs), the associated SPBs can be of dimension <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="minf3">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and are referred to as <italic>M</italic>-mode SPBs; the single mode SPB is the Akhmediev breather [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>]. For more realistic sea states with non-uniform backgrounds, heteroclinic orbits of unstable <italic>N</italic>-phase solutions have been used to describe rogue waves [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>].</p>
<p>For theoretical and practical purposes it is important to understand the stability of the SPBs with respect to small variations in initial data and small perturbations of the NLS equation. Using the squared eigenfunction connection between the Floquet spectrum of the NLS equation and the linear stability problem, the SPBs were shown to be typically unstable [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. The effects of damping on deep water wave dynamics, even when weak, can be significant and in many instances must be included in models to enable accurate predictions of laboratory and field data [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>].</p>
<p>In a recent study the authors examined the stabilization of symmetric SPBs using the linear damped NLS equation (a near-integrable system that preserves even symmetry of solutions) [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]. The route to stability for these damped SPBs was determined by appealing to the Floquet spectral theory of the NLS equation. Degenerate complex elements of the periodic spectrum (referred to as complex double points) are associated with instabilities of the solution and may split under perturbation to the system. In the restricted subspace of even solutions complex double points can reform as time evolves. The damped solutions were found to be unstable as long as complex double points were present in the spectral decomposition of the data (either by persisting or reforming). A key issue in analyzing the route to stability is determining which complex double points in the spectrum of the SPB are split by damping. For an initial SPB with a given mode structure, perturbation analysis showed that only the complex double points associated with resonant modes split under damping while those associated with nonresonant modes remained closed&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>].</p>
<p>The evolution of deep water waves is described only to leading order by the NLS equation. A more accurate description of the wave dynamics is provided by the Dysthe equation, obtained by extending the asymptotic analysis used to derived the NLS equation to fourth order. The Dysthe equation has been shown to accurately predict laboratory data for a wider range of wave parameters than the NLS equation [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. Gramstad and Trulsen brought the Dysthe equation into Hamiltonian form obtaining a new higher order NLS (HONLS) equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> with <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="minf4">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. Damped versions of the HONLS equation have successfully described ocean swell and frequency downshift of wave trains on deep water [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>,&#x20;<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>].</p>
<p>In this paper we examine the competing effects of dissipation and higher order nonlinearities on the routes to stability of the <italic>N</italic>-mode SPBs in the framework of the linear damped HONLS equation over a spatially periodic domain:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="me1">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x210b;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="minf5">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the complex envelope of the wave train, <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="minf6">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x210b;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Hilbert transform of <italic>f</italic>, and <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="minf7">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The initial data used in the numerical experiments is generated using exact SPB solutions of the integrable NLS equation. The SPBs are over Stokes waves with <italic>N</italic> unstable modes (referred to as the <italic>N</italic>-UM regime) for <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="minf8">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We interpret the damped HONLS (near-integrable) dynamics by appealing to the NLS Floquet spectral theory.</p>
<p>The higher order nonlinearities in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> break the even symmetry of both the initial data and the equation. This raises several interesting questions regarding the damped HONLS equation. Which integrable instabilities are excited by the damped HONLS flow and which elements of the Floquet spectrum are associated with these instabilities? What are the routes to stability under damping; i.e.,&#x20;what remnants of integrable NLS structures are detected in the damped HONLS evolution?</p>
<p>In the present study we observe the onset of novel instabilities as a result of symmetry breaking and the development of critical states in the damped HONLS flow which were nonexistent in the previously examined damped NLS system with even symmetry. Significantly, we determine these instabilities are associated with degenerate complex elements of both the periodic and continuous spectrum, i.e.,&#x20;with both complex &#x201c;double points&#x201d; and complex &#x201c;critical points&#x201d;, respectively. This association was not previously recognized. With regard to teminology, although double points are among the critical points of <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="minf9">
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, in this paper we exclusively call degenerate complex periodic spectrum where <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="minf10">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x201c;double points&#x201d; and reserve the term &#x201c;critical points&#x201d; for degenerate complex spectrum where <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="minf11">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The paper is organized as follows. In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> we present elements of the NLS Floquet spectral theory which we use to distinguish instabilities in the numerical experiments. Whether higher phase solutions, such as the even 3-phase solution given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref>, are unstable with respect to general noneven perturbations and what the Floquet &#x201c;signature&#x201d; is of the possible instabilities, has been an open question. The closest stability results we are aware of are for the elliptic solutions of the focusing NLS equation [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]. We numerically show an even 3-phase solution of the NLS equation is unstable with respect to generic perturbations of initial data and find the relevant element of the Floquet spectrum associated with the instability in order to develop a broadened Floquet characterization of instabilities of the NLS equation.</p>
<p>A brief overview of the SPB solutions of the NLS is provided at the end of <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> before numerically examining their stabilization under the damped HONLS flow in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>. The Floquet decompositions of the numerical solutions are computed for <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="minf12">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Complex double points are initially present in the spectrum. If one of the complex double points present initially splits due to the damped HONLS perturbation, the subsequent evolution involves repeated formation and splitting of complex critical points (not double points) which we correlate with the observed instabilities. The Floquet spectral analysis is complemented by an examination of the growth of small perturbations in the SPB initial data under the damped HONLS flow. We determine that the instabilities saturate and the solutions stabilize once all complex double points and complex critical points vanish in the spectral decomposition of the perturbed flow. Variations in the spectrum under the HONLS flow are correlated with deformations of certain NLS solutions to determine the routes to stability for the damped HONLS&#x20;SPBs.</p>
<p>In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, <italic>via</italic> perturbation analysis, we examine splitting of the complex double points, present in the SPB initial data, under the damped HONLS flow. We find that for short time, the complex double points associated with modes that resonate with the SPB structure split producing disjoint asymmetric bands, while the complex double points associated with nonresonant modes remain closed, substantiating the initial spectral evolutions observed in the numerical experiments. The nonresonant double points are observed to remain closed for the duration of the experiments, beyond the time-frame of the short time analysis, even though the solution evolves as a damped asymmetric multi-phase state. In this study resonances have a stabilizing effect; the instabilities of nonresonant modes persist on a longer time scale than the instabilities associated with resonant&#x20;modes.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Analytical Framework</title>
<p>The nonlinear Schr&#xf6;dinger equation (when <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="minf13">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>) arises as the solvability condition of the Zakharov-Shabat (Z-S) pair of linear systems [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="me2">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e3">
<mml:math id="me3">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where &#x3bb; is the spectral parameter, &#x3d5; is a complex vector valued eigenfunction, and <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="minf14">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a solution of the NLS equation itself. Associated with an <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="minf15">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>periodic NLS solution is it&#x2019;s Floquet spectrum<disp-formula id="e4">
<mml:math id="me4">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2102;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Given a fundamental matrix solution of the Z-S system, <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="minf16">
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, one defines the Floquet discriminant as the trace of the transfer matrix across one period <italic>L</italic>, <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="minf17">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The Floquet spectrum has an explicit representation in terms of the discriminant:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="me5">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2102;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x211d;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The Floquet discriminant <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="minf18">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is analytic and is a conserved functional of the NLS equation. As such, the spectrum <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="minf19">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of an NLS solution is invariant under the time evolution.</p>
<p>The spectrum consists of the entire real axis and curves or &#x201c;bands of spectrum&#x201d; in the complex &#x3bb; plane (<inline-formula id="inf20">
<mml:math id="minf20">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is not self-adjoint). The periodic/antiperiodic points (abbreviated here as periodic points) of the Floquet spectrum are those at which <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="minf21">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The endpoints of the bands of spectrum are given by the simple points of the periodic spectrum <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="minf22">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Located within the bands of spectrum are two important spectral elements:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1. Critical points of spectrum, <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="minf23">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, determined by the condition <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="minf24">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2. Double points of periodic spectrum <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="minf25">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>Double points are among the critical points of <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="minf26">
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. However, in this paper, we exclusively call the degenerate periodic spectrum where <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="minf27">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x201c;double points&#x201d; and reserve the term &#x201c;critical points&#x201d; for degenerate elements of the spectrum where <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="minf28">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The Floquet spectrum can be used to represent a solution in terms of a set of nonlinear modes where the structure and stability of the modes are determined by the band-gap structure of the spectrum. Simple periodic points are associated with stable active modes. The location of the double points is particularly important. Real double points correspond to zero amplitude inactive nonlinear modes. On the other hand, complex double points are associated with degenerate, potentially unstable, nonlinear modes with either positive or zero growth rate. When restricted to the subpace of even solutions, exponential instabilities of a solution are associated with complex double points in the spectrum&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>].</p>
<p>A concrete example illustrating the correspondence between complex double points in the spectrum and linear instabilities is the Stokes wave solution <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="minf29">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For small perturbations of the form <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="minf30">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="minf31">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, one finds &#x3f5; satisfies the linearized NLS equation<disp-formula id="e6">
<mml:math id="me6">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Representing &#x3f5; as a Fourier series with modes <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="minf32">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="minf33">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, gives <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="minf34">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As a result, the <italic>j</italic>th mode is unstable if <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="minf35">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The number of UMs is the largest integer M such that <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="minf36">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The Floquet discriminant for the Stokes wave is <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="minf37">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The Floquet spectrum consists of continuous bands <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="minf38">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x211d;</mml:mi>
<mml:mo>&#x222a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="minf39">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a discrete part containing <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="minf40">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the infinte number of double points<disp-formula id="e7">
<mml:math id="me7">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2124;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>as shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>. Note that the condition for <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="minf41">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to be complex is precisely the condition for the <italic>j</italic>th Fourier mode <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="minf42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to be unstable. The remaining <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="minf43">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="minf44">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are real double points.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>The Floquet spectrum of the Stokes wave with &#x230A;<inline-formula id="inf45">
<mml:math id="minf45">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#x230B;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-633890-g001.tif"/>
</fig>
<p>As the NLS spectrum is symmetric under complex conjugation, we subsequently only display the spectrum in the upper half &#x3bb;-plane.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 A Broadened Floquet Spectral Characterization of Instabilities</title>
<p>Earlier work on perturbations of the NLS equation dealt primarily with solutions with even symmetry whose instabilities were identified solely <italic>via</italic> complex double points [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>]. In general, imposing symmetry on a solution restricts it&#x2019;s dynamical behavior and may suppress instabilities. In the current damped HONLS experiments we find instabilities arise due to the asymmetry of the system that are not captured by complex double points. Although complex double points, if present in the damped HONLS flow, still identify instabilities, we need to develop a broader Floquet spectral characterization of instabilities to capture the instabilities of generic solutions.</p>
<p>A clue as to which new spectral elements are associated with instabilities in the full solution space of the NLS equation is provided by considering generic perturbations of initial data for even solutions of the NLS equation. One of the simplest solutions to examine is the following even 3-phase solution of the NLS equation [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>],<disp-formula id="e8">
<mml:math id="me8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msqrt>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>With respect to <italic>t</italic> the solution has a double frequency; a frequency determined by the exponential function and a modulation frequency determined by the elliptic functions. <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Equation 8</xref> describes an even standing wave, periodic in space and time, arising as the degeneration of a 3-phase solution due to symmetry in it&#x2019;s spectrum. The spatial period <italic>L</italic> and temporal period <italic>T</italic> are functions of <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="minf46">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="minf47">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively, where <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="minf48">
<mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the complete elliptic integral of the first kind. As <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="minf49">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3ba;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref>, <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="minf50">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="minf51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the SPB given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref> associated with one complex double&#x20;point.</p>
<p>The surface and Floquet spectrum for <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="minf52">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2A</xref>,<xref ref-type="fig" rid="F2">B</xref>. The spectrum forms an even &#x201c;cross&#x201d; state with two bands of spectrum in the upper half plane with endpoints given by the simple periodic spectrum <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="minf53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="minf54">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.35</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. These two bands intersect transversally at <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="minf55">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on the imaginary axis. Since <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="minf56">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at transverse intersections of bands of continuous spectrum, <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="minf57">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a critical point. There are no complex double points in <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="minf58">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>NLS cross state: <bold>(A)</bold> <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="minf59">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="minf60">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(B)</bold> it&#x2019;s spectrum at <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="minf61">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="minf62">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="minf63">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-633890-g002.tif"/>
</fig>
<p>To numerically address the stability of the cross state <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref> with respect to initial data we consider small perturbations (both symmetric and asymmetric) of the following form:<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="mequ1">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="minf64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="minf65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="minf66">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We examine 1) the Floquet spectrum of <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="minf67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as compared with <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="minf68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and 2) the growth of the perturbations as &#x3b4; is varied. We consider a solution <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="minf69">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the NLS equation to be stable if for every <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="minf70">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> there exists a <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="minf71">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that if <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="minf72">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="minf73">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, for all <italic>t</italic>. Therefore, to determine whether <italic>u</italic> and <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="minf74">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stay close as time evolves, we monitor the evolution of the difference<disp-formula id="e9">
<mml:math id="me9">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="minf75">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<sec>
<title>Symmetric Perturbations of Initial Data</title>
<p>As &#x3d5; and &#x3b4; are varied, the surface and spectrum for <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="minf76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for perturbation <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="minf77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are qualitatively the same as in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2A</xref>,<xref ref-type="fig" rid="F2">B</xref>. The endpoints of the band of spectrum, <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="minf78">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are slightly shifted maintaining even symmetry. Due to analyticity of <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="minf79">
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="minf80">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> does not split under even perturbations and the spectrum is not topologically different. <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2C</xref> shows the evolution of <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="minf81">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for even perturbations <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="minf82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The small osciallations in <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="minf83">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, typical in Hamiltonian systems, do not grow. The Floquet spectrum and the evolution of <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="minf84">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> show that when restricted to the subspace of even solutions, <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="minf85">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is stable.</p>
</sec>
<sec>
<title>Asymmetric Perturbations of Initial Data</title>
<p>The surface and spectrum of <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="minf86">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="minf87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.05</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3A</xref>,<xref ref-type="fig" rid="F3">B</xref>. A topologically different spectral configuration is obtained and the waveform is a modulated right traveling wave. The critical point <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="minf88">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has split into <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="minf89">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the two disjoint bands of spectrum form a &#x201c;right&#x201d; state: the upper band with endpoints <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="minf90">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="minf91">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the right quadrant and the lower band with endpoint <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="minf92">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> extending to the real axis in the left quadrant. On the other hand, if e.g., <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="minf93">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.05</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the waveform is a modulated left traveling wave. In this case the orientation of the bands of spectrum is reversed, forming a &#x201c;left&#x201d; state with the upper band in the left quadrant and the lower band in the right quadrant. As the parameters in <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="minf94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are varied these are the two possible noneven spectral configurations for <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="minf95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The perturbation analysis in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> is related and shows noneven perturbations of the SPB split complex double points into left and right&#x20;states.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>NLS noneven 3-phase solution: <bold>(A)</bold> <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="minf96">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="minf97">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(B)</bold> it&#x2019;s spectrum at <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="minf98">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="minf99">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="minf100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-633890-g003.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3C</xref> shows <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="minf101">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> grows to <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="minf102">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for asymmetric perturbations <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="minf103">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Clearly <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="minf104">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> does not remain close to <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="minf105">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for these perturbations. We associate the transverse complex critical points with instabilities arising from symmetry breaking which are not excited when evenness is imposed. The exact nature of the instability associated with complex critical points is under investigation. The current damped HONLS experiments in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> corroborate the significance of transverse critical points <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="minf106">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in identifying instabilities in the unrestricted solution&#x20;space.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Spatially Periodic Breather Solutions of the NLS Equation</title>
<p>A variety of dressing methods can be used to derive new nontrivial solutions to integrable equations [see [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>] for applications of the Darboux transformation to generate solutions of generalized NLS models]. Here we use the B&#xe4;cklund-gauge transformation (BT) for the NLS equation [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>] to generate the heteroclinic orbits of a spatially periodic unstable NLS potential <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="minf107">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with complex double points, <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="minf108">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in its Floquet spectrum. Given a Stokes wave <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="minf109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <italic>N</italic> complex double points, a single BT of <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="minf110">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="minf111">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> yields the one mode SPB, <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="minf112">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, associated with the <italic>j</italic>th UM, <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="minf113">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Introducing <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="minf114">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="minf115">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="minf116">
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="minf117">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> one obtains [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>]:<disp-formula id="e10">
<mml:math id="me10">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>tanh</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sec</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>sec</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
<inline-formula id="inf118">
<mml:math id="minf118">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> exponentially approaches a phase shift of the Stokes wave, <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="minf119">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, at a rate depending on <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="minf120">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4A</xref>,<xref ref-type="fig" rid="F4">B</xref> show the amplitudes of two distinct single mode SPBs, <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="minf121">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="minf122">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> over a Stokes waves with <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="minf123">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> UMs. <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="minf124">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="minf125">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are both unstable as the BT based at <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="minf126">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> saturates the instability of the <italic>j</italic>th UM while the other instabilities of the background persist.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>SPBs over a Stokes wave with <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="minf127">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> UMs, <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="minf128">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="minf129">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msqrt>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: Amplitudes of <bold>(A&#x2013;B)</bold> single mode SPBs <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="minf130">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="minf131">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf132">
<mml:math id="minf132">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and <bold>(C)</bold> 2-mode SPB <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="minf133">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-633890-g004.tif"/>
</fig>
<p>When the Stokes wave posesses two or more UMs, the BT can be iterated to obtain multi mode SPBs. For example, the two-mode SPB with wavenumbers <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="minf134">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="minf135">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, obtained by applying the BT successively at complex <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="minf136">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="minf137">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is of the following form:<disp-formula id="e11">
<mml:math id="me11">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The exact formula is provided in [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. The parameters &#x3c1; and &#x3c4; determine the time at which the first and second modes become excited, respectively. <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4C</xref> shows the amplitude of the &#x201c;coalesced&#x201d; two mode SPB <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="minf138">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf139">
<mml:math id="minf139">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="minf140">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) over a Stokes waves with <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="minf141">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> UMs where the two modes are excited simultaneously.</p>
<p>
<italic>An important property of the B&#xe4;cklund transformation</italic>: The BT is isospectral, i.e.,&#x20;<inline-formula id="inf142">
<mml:math id="minf142">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For example, the Stokes wave with <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="minf143">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> UMs (given in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>) and each of the SPBs shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4A&#x2013;C</xref> share the same Floquet spectrum.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Numerical Investigation of Routes to Stability OF SPBS IN the Damped Higher Order NLS Equation</title>
<p>In our examination of the even 3-phase solution in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> we found that when evenness is relaxed novel instabilities arise which are associated with complex critical points. Armed with this result, in this section we return to the questions posed at the outset of our study: 1) Which integrable instabilities are excited by the damped HONLS flow and what is the Floquet criteria for their saturation? 2) What remnants of integrable NLS structures are detected in the damped HONLS evolution?</p>
<p>The notation used in this section is as follows: 1) The &#x201c;<italic>N</italic> UM regime&#x201d; refers to the range of parameters <italic>a</italic> and <italic>L</italic> for which the underlying Stokes wave initially has <italic>N</italic> unstable modes. 2) The initial data used in the numerical experiments is generated using exact SPB solutions of the integrable NLS equation. The perturbed SPBs are indicated with subscripts: <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="minf144">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> refers to the solution of the damped HONLS <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> for one-mode SPB initial data <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="minf145">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Likewise <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="minf146">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the solution to <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref> for iterated SPB initial&#x20;data.</p>
<p>The damped HONLS equation is solved numerically using a high-order spectral method due to Trefethen [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>]. The integrator uses a Fourier-mode decomposition in space with a fourth-order Runge-Kutta discretization in time. The number of Fourier modes and the time step used depends on the complexity of the solution. For example, for initial data in the three UM regime, <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="minf147">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1024</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Fourier modes are used with time step <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="minf148">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>7.5</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As a benchmark the first three global invariants of the HONLS equation, the energy <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="minf149">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, momentum <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="minf150">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and Hamiltonian<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="mequ2">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x210b;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>are preserved with an accuracy of <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="minf151">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="minf152">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The invariant for the damped HONLS system, the spectral center <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="minf153">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is preserved with an accuracy of at least <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="minf154">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the experiments.</p>
<p>
<italic>Nonlinear mode decomposition of the damped HONLS flow:</italic> At each time <italic>t</italic> we compute the spectral decomposition of the damped HONLS data using the numerical procedure developed by Overman et. al. [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>]. After solving system <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eq. (2)</xref>, the discriminant <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="minf155">
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is constructed. The zeros of <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="minf156">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are determined using a root solver based on M&#xfc;ller&#x2019;s method and then the curves of spectrum filled in. The spectrum is calculated with an accuracy of <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="minf157">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> which is sufficient given the perturbation parameters &#x3f5; and &#x3b3; used in the numerical experiments are <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="minf158">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>
<italic>Notation used in the spectral plots:</italic> The periodic spectrum is indicated with a large <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="minf159">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> when <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="minf160">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a large box when <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="minf161">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The continuous spectrum is indicated with small <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="minf162">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> when the <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="minf163">
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is negative and a small box when <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="minf164">
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is positive.</p>
<p>
<italic>Interpreting the damped HONLS flow via the NLS spectral theory:</italic> A tractable example which illustrates the use of the Floquet spectrum to interpret near integrable dynamics is the spatially uniform solution (there is no depenence on &#x3f5;) of the damped HONLS <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Eq. 1</xref>,<disp-formula id="e12">
<mml:math id="me12">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>At a given time <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="minf165">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the nonlinear spectral decomposition of <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eq. 12</xref> can be explicitly determined by substituting <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="minf166">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="minf167">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We find the periodic Floquet spectrum consists of <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="minf168">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and infinitely many double points<disp-formula id="e13">
<mml:math id="me13">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi>&#x2124;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="minf169">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is complex if <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="minf170">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Under the damped HONLS evolution the endpoint of the band of spectrum <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="minf171">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the complex double points <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="minf172">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> move down the imaginary axis and then onto the real axis. Similarly, at <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="minf173">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, a linearized stability analysis about <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="minf174">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> shows the growth rate of the <italic>j</italic>th mode <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="minf175">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Thus the number of complex double points and the number of unstable modes diminishes in time due to damping. As a result, <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="minf176">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stabilizes when the growth rate <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="minf177">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e.,&#x20;when <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="minf178">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, giving <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="minf179">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>
<italic>Saturation time of the instabilities:</italic> Since the association of complex critical points with instabilities is a new result, we supplement the spectral analysis with an examination of the saturation time of the instabilities for the damped SPBs <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="minf180">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="minf181">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as follows: we examine the growth of small asymmetric perturbations in the initial data of the following form,<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="mequ3">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>and<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="mequ4">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>where.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>i.<inline-formula id="inf182">
<mml:math id="minf182">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="minf183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="minf184">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,</p>
</list-item>
<list-item>
<p>ii.<inline-formula id="inf185">
<mml:math id="minf185">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="minf186">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is random&#x20;noise.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>To determine the closeness of <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="minf187">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="minf188">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as time evolves we monitor the evolution of <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="minf189">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref>. We consider the solution to have stabilized under the damped HONLS flow once <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="minf190">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> saturates.</p>
<p>In the damped HONLS numerical experiments we obtain a new criteria for the saturation of instabilities: <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="minf191">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> saturates and the SPB stabilizes once damping eliminates all complex double points and complex critical points in the spectrum.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Damped HONLS SPB in the One Unstable Mode Regime</title>
<sec>
<title>
<inline-formula id="inf192">
<mml:math id="minf192">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the one UM regime</title>
<p>We begin by considering <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="minf193">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3f5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="minf194">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.05</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="minf195">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the one UM regime with initial data generated using <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref> with <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="minf196">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="minf197">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="minf198">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msqrt>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5A</xref> shows the surface <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="minf199">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="minf200">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>One UM regime: <bold>(A)</bold> <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="minf201">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="minf202">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the spectrum at <bold>(B)</bold> <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="minf203">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="minf204">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D)</bold> <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="minf205">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>10.43</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(E)</bold> <inline-formula id="inf206">
<mml:math id="minf206">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>24.1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(F)</bold> <inline-formula id="inf207">
<mml:math id="minf207">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>70</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <bold>(G)</bold> <inline-formula id="inf208">
<mml:math id="minf208">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf209">
<mml:math id="minf209">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="minf210">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="minf211">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.05</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf212">
<mml:math id="minf212">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-633890-g005.tif"/>
</fig>
<p>The evolution of the Floquet spectrum for <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="minf213">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is as follows: At <inline-formula id="inf214">
<mml:math id="minf214">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the spectrum in the upper half plane consists of a single band of spectrum with end point at <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="minf215">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, indicated by a large &#x201c;box&#x201d;, and one imaginary double point at <inline-formula id="inf216">
<mml:math id="minf216">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.3535</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, indicated by a large &#x201c;<inline-formula id="inf217">
<mml:math id="minf217">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>&#x201d; (<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5B</xref>). Under the damped HONLS <inline-formula id="inf218">
<mml:math id="minf218">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> splits asymmetrically forming a right state, with the upper band of spectrum in the right quadrant and the lower band in the left quadrant, consistent with the short time perturbation analysis in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>. The right state is clearly visible at <inline-formula id="inf219">
<mml:math id="minf219">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5C</xref> with the waveform characterized by a single damped modulated mode traveling to the right. The spectrum persists in a right state with the separation distance between the two bands varying until <inline-formula id="inf220">
<mml:math id="minf220">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>10.43</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5D</xref>, when a cross state forms with an embedded critical point indicating an instability. Subsequently the critical point splits into a right state. As damping continues the band in the right quadrant widens, <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5E</xref>, and the vertex of the loop eventually touches the origin at <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="minf221">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>27.5.</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The spectrum then has three bands emanating off the real axis, with endpoints <inline-formula id="inf222">
<mml:math id="minf222">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> which, as damping continues, diminish in amplitude and move away from the imaginary axis, <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5F</xref>.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5G</xref> shows the evolution of <inline-formula id="inf223">
<mml:math id="minf223">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf224">
<mml:math id="minf224">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> using <inline-formula id="inf225">
<mml:math id="minf225">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf226">
<mml:math id="minf226">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The saturation of <inline-formula id="inf227">
<mml:math id="minf227">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf228">
<mml:math id="minf228">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>16</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is consistent with the Floquet criteria that the solution stabilizes after complex double points and complex critical points are eliminated in the damped HONLS&#x20;flow.</p>
<p>From the spectral analysis of <inline-formula id="inf229">
<mml:math id="minf229">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the one UM regime, we find it may be characterized as a continuous deformation of a noneven generalization of the 3-phase solution, the right state, given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref>. The amplitude of the oscillations of <inline-formula id="inf230">
<mml:math id="minf230">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> decreases and the frequency increases until small fast oscillations about the damped Stokes wave, visible in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5A</xref>, are obtained.</p>
<p>An alternate approach to studying the effect of small damping (or gain) on the one mode SPB is to consider the evolution of asymmetric initial data in the neighborhood of the SPB under the linearly damped NLS equation. Using the finite gap method of the periodic NLS equation [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>], the solution is analytically approximated to leading order with a sum of SPBs shifted in space and time. The quantitative agreement between the leading order analytical formula and the corresponding numerical experiments was found to be good [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. It is interesting to note that, although we use exact SPB initial data under the linearly damped HONLS equation, with different damping values, the asymmetric evolution of the Floquet spectral data is qualitatively consistent with the numerical experiments described in&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>].</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Damped HONLS SPBs in the Two Unstable Mode Regime</title>
<p>For the two UM regime we let <inline-formula id="inf231">
<mml:math id="minf231">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf232">
<mml:math id="minf232">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msqrt>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and consider the two distinct perturbed single mode SPBs <inline-formula id="inf234">
<mml:math id="minf234">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf235">
<mml:math id="minf235">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the perturbed iterated SPB <inline-formula id="inf236">
<mml:math id="minf236">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The damped HONLS perturbation parameters are <inline-formula id="inf237">
<mml:math id="minf237">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.05</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf238">
<mml:math id="minf238">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<sec>
<title>
<inline-formula id="inf239">
<mml:math id="minf239">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the two UM regime</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6A</xref> shows the surface <inline-formula id="inf240">
<mml:math id="minf240">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf241">
<mml:math id="minf241">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for initial data given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref> with <inline-formula id="inf242">
<mml:math id="minf242">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The Floquet spectrum at <inline-formula id="inf243">
<mml:math id="minf243">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6B</xref>. The end point of the band of spectrum at <inline-formula id="inf244">
<mml:math id="minf244">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is indicated by a &#x201c;box&#x201d;. There are two complex double points at <inline-formula id="inf245">
<mml:math id="minf245">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.4677</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf246">
<mml:math id="minf246">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.3535</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, indicated by a &#x201c;<inline-formula id="inf247">
<mml:math id="minf247">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>&#x201d; and &#x201c;box&#x201d;, respectively. For <inline-formula id="inf248">
<mml:math id="minf248">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> both double points split asymmetrically: <inline-formula id="inf249">
<mml:math id="minf249">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the complex double point at which <inline-formula id="inf250">
<mml:math id="minf250">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is constructed, splits at leading order into <inline-formula id="inf251">
<mml:math id="minf251">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that a right state forms with the first mode traveling to the right. The second double point <inline-formula id="inf252">
<mml:math id="minf252">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> splits at higher order into <inline-formula id="inf253">
<mml:math id="minf253">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that a left state forms with the second mode traveling to the left. These disjoint asymmetric bands of spectrum are consistent with the short time perturbation analysis in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> for damped HONLS data of the form <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Eq.&#x20;18</xref>.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Two UM regime: <bold>(A)</bold> <inline-formula id="inf254">
<mml:math id="minf254">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf255">
<mml:math id="minf255">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and spectrum at <bold>(B)</bold> <inline-formula id="inf256">
<mml:math id="minf256">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf257">
<mml:math id="minf257">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>11.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D)</bold> <inline-formula id="inf258">
<mml:math id="minf258">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>11.94</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(E)</bold> <inline-formula id="inf259">
<mml:math id="minf259">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>12.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(F)</bold> <inline-formula id="inf260">
<mml:math id="minf260">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>19.26</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(G)</bold> <inline-formula id="inf261">
<mml:math id="minf261">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>19.32</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(H)</bold> <inline-formula id="inf262">
<mml:math id="minf262">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>19.37</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(I)</bold> <inline-formula id="inf263">
<mml:math id="minf263">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>42.4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <bold>J)</bold> <inline-formula id="inf264">
<mml:math id="minf264">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf265">
<mml:math id="minf265">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf266">
<mml:math id="minf266">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-633890-g006.tif"/>
</fig>
<p>This spectral configuration is representative of the spectrum during the initial stage of it&#x2019;s evolution and is still observable in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6C</xref> at <inline-formula id="inf267">
<mml:math id="minf267">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>11.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. A sequence of bifurcations occur at <inline-formula id="inf268">
<mml:math id="minf268">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>11.94</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6D</xref>, when two complex critical points emerge in rapid succession in the spectrum, indicating instabilities associated with both nonlinear modes. Subsequently both complex critical points split, <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6E</xref>, with the upper band in the left quadrant and the second band in the right quadrant corresponding to a damped waveform with the first mode traveling to the left and the second mode traveling to the&#x20;right.</p>
<p>The bifurcation at <inline-formula id="inf269">
<mml:math id="minf269">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>11.94</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> corresponds to transitioning through the remnant of an unstable 5-phase solution (with two instabilities) of the NLS equation. The bands eventually become completely detached from the imaginary axis and a second complex critical point forms at <inline-formula id="inf270">
<mml:math id="minf270">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>19.32</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The bifurcation sequence is shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6F&#x2013;H</xref>. The main band emanating from the real axis then reestablishes itself close to the imaginary axis, <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6I</xref>, and the spectrum settles into a configuration corresponding to a stable 5&#xa0;phase solution. The bands move apart and downwards and hit the real axis with no further development of complex critical points. From the Floquet spectral perspective, once damping eliminates complex critical points in the spectrum at approximately <inline-formula id="inf271">
<mml:math id="minf271">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf272">
<mml:math id="minf272">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stabilizes.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6J</xref> shows the evolution of <inline-formula id="inf273">
<mml:math id="minf273">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf274">
<mml:math id="minf274">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf275">
<mml:math id="minf275">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf276">
<mml:math id="minf276">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The perturbation <inline-formula id="inf277">
<mml:math id="minf277">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is chosen in the direction of the unstable mode associated with <inline-formula id="inf278">
<mml:math id="minf278">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf279">
<mml:math id="minf279">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stops growing by <inline-formula id="inf280">
<mml:math id="minf280">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, confirming the instabilities associated with the complex critical ponts and time of stabilization obtained from the nonlinear spectral analysis.</p>
<p>For <inline-formula id="inf281">
<mml:math id="minf281">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the 2-UM regime, both <inline-formula id="inf282">
<mml:math id="minf282">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf283">
<mml:math id="minf283">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> resonate with the perturbation. The route to stability is characterized by the appearance of the double cross state of the NLS and the proximity to this state is significant in organazing the damped HONLS dynamics. Once stabilized, <inline-formula id="inf284">
<mml:math id="minf284">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> may be characterized as a continuous deformation of a stable 5-phase solution.</p>
</sec>
<sec>
<title>
<inline-formula id="inf285">
<mml:math id="minf285">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the two UM regime</title>
<p>We now consider <inline-formula id="inf286">
<mml:math id="minf286">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> whose initial data is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref> with <inline-formula id="inf287">
<mml:math id="minf287">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Although <inline-formula id="inf288">
<mml:math id="minf288">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf289">
<mml:math id="minf289">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are both single mode SPBs over the same Stokes wave, their respective routes to stability under damping are quite different. Notice in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7A</xref> the surface of <inline-formula id="inf290">
<mml:math id="minf290">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf291">
<mml:math id="minf291">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a damped modulated traveling state, exhibiting regular behavior, in contrast to the irregular behavior of <inline-formula id="inf292">
<mml:math id="minf292">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the two UM regime.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Two UM regime: <bold>(A)</bold> <inline-formula id="inf293">
<mml:math id="minf293">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf294">
<mml:math id="minf294">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and Spectrum at <bold>(B)</bold> <inline-formula id="inf295">
<mml:math id="minf295">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf296">
<mml:math id="minf296">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D)</bold> <inline-formula id="inf297">
<mml:math id="minf297">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>23.4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(E)</bold> <inline-formula id="inf298">
<mml:math id="minf298">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>27.4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(F)</bold> <inline-formula id="inf299">
<mml:math id="minf299">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>71.9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <bold>(G)</bold> <inline-formula id="inf300">
<mml:math id="minf300">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf301">
<mml:math id="minf301">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf302">
<mml:math id="minf302">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf303">
<mml:math id="minf303">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-633890-g007.tif"/>
</fig>
<p>The spectrum of <inline-formula id="inf304">
<mml:math id="minf304">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf305">
<mml:math id="minf305">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the same as in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6B</xref>. Under perturbation <inline-formula id="inf306">
<mml:math id="minf306">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> immediately splits asymmetrically into <inline-formula id="inf307">
<mml:math id="minf307">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with the upper band in the right quadrant and the lower band in the left quadrant, while the first double point <inline-formula id="inf308">
<mml:math id="minf308">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (indicated by the large &#x201c;<inline-formula id="inf309">
<mml:math id="minf309">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>&#x201d;) does not split. <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7B</xref> clearly shows that at <inline-formula id="inf310">
<mml:math id="minf310">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> damping has only split <inline-formula id="inf311">
<mml:math id="minf311">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e.,&#x20;the double point at which the SPB <inline-formula id="inf312">
<mml:math id="minf312">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is constructed. In fact <inline-formula id="inf313">
<mml:math id="minf313">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> does not split for the duration of the damped HONLS evolution, <inline-formula id="inf314">
<mml:math id="minf314">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7C</xref>, by <inline-formula id="inf315">
<mml:math id="minf315">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the two bands have aligned forming a cross state with a complex critical point at the transverse intersection of the bands while <inline-formula id="inf316">
<mml:math id="minf316">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is still intact and has simply translated down the imaginary&#x20;axis.</p>
<p>The complex critical point subsequently splits with the upper band of spectrum again in the right quadrant, <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7D</xref>. Complex critical points do not reappear in the spectrum. At <inline-formula id="inf317">
<mml:math id="minf317">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>27.4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the vertex of the upper band of spectrum touches the real axis <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7E</xref>. As damping continues <inline-formula id="inf318">
<mml:math id="minf318">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> moves down the imaginary axis and the two bands move away from the imaginary axis with diminishing amplitude. In <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7F</xref> the complex double point <inline-formula id="inf319">
<mml:math id="minf319">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has moved almost all the way down the imaginary axis. At <inline-formula id="inf320">
<mml:math id="minf320">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>72</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf321">
<mml:math id="minf321">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and complex double points do not arise in the subsequent spectral evolution.</p>
<p>We find <inline-formula id="inf322">
<mml:math id="minf322">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> grows until <inline-formula id="inf323">
<mml:math id="minf323">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>80</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7G</xref>, consistent with the expectation that <inline-formula id="inf324">
<mml:math id="minf324">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> will stabilize once all complex critical points and complex double points vanish in the spectrum. Until <inline-formula id="inf325">
<mml:math id="minf325">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> moves onto the real axis, perturbations to the initial data <inline-formula id="inf326">
<mml:math id="minf326">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can excite the first mode associated with <inline-formula id="inf327">
<mml:math id="minf327">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> causing <inline-formula id="inf328">
<mml:math id="minf328">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf329">
<mml:math id="minf329">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to grow&#x20;apart.</p>
<p>Why doesn&#x2019;t the HONLS perturbation split <inline-formula id="inf330">
<mml:math id="minf330">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> when given <inline-formula id="inf331">
<mml:math id="minf331">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> initial data? In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, for short time, a suitable linearization of the damped HONLS SPB data is found to be given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Eq. 19</xref> for <inline-formula id="inf332">
<mml:math id="minf332">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively where <inline-formula id="inf333">
<mml:math id="minf333">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The perturbation analysis shows that at leading order damping asymmetrically splits only the double point <inline-formula id="inf334">
<mml:math id="minf334">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> associated with <inline-formula id="inf335">
<mml:math id="minf335">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The endpoint of spectrum, <inline-formula id="inf336">
<mml:math id="minf336">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, decreases in amplitude and the rest of the double points simply move along curves of continuous spectrum without splitting. The resonant modes which correspond to <inline-formula id="inf337">
<mml:math id="minf337">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> split asymmetrically at higher order <inline-formula id="inf338">
<mml:math id="minf338">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The splitting of <inline-formula id="inf339">
<mml:math id="minf339">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf340">
<mml:math id="minf340">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is zero and is termed &#x201c;closed&#x201d;.</p>
<p>The spectral evolution for <inline-formula id="inf341">
<mml:math id="minf341">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the 2 UM regime is reminiscent of the spectral evolution of <inline-formula id="inf342">
<mml:math id="minf342">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the one UM regime. There is an important difference though: The nearby cross state that appears in the spectral decomposition of <inline-formula id="inf343">
<mml:math id="minf343">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has two different types of instabilites: the instability associated with the complex critical point (potentially a phase instability) and the exponential instability associated with the (nonresonant) complex double point <inline-formula id="inf344">
<mml:math id="minf344">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The numerical results suggest that when nonresonant modes are present in the damped HONLS, their instabilities persist and organize the dynamics on a longer time scale. As <inline-formula id="inf345">
<mml:math id="minf345">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> remains closed for <inline-formula id="inf346">
<mml:math id="minf346">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf347">
<mml:math id="minf347">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be characterized as a continuous deformation of a noneven generalization of the degenerate 3&#xa0;phase solution given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eq. 8</xref> (the parameter values change due to doubling the period <italic>L</italic>; i,e., a <inline-formula id="inf348">
<mml:math id="minf348">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th mode excitation with period L becomes a <inline-formula id="inf349">
<mml:math id="minf349">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>th mode excitation with period 2<italic>L</italic>.)</p>
</sec>
<sec>
<title>
<inline-formula id="inf350">
<mml:math id="minf350">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the two UM regime</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8A</xref> shows the surface <inline-formula id="inf351">
<mml:math id="minf351">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf352">
<mml:math id="minf352">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for initial data obtained from <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref> by setting <inline-formula id="inf353">
<mml:math id="minf353">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf354">
<mml:math id="minf354">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf355">
<mml:math id="minf355">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The spectrum of <inline-formula id="inf356">
<mml:math id="minf356">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf357">
<mml:math id="minf357">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given by <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6B</xref>. As we&#x2019;ve seen in the previous examples, once complex double points split they do not reform in the perturbed system; if they are present in the spectral decomposition of the damped HONLS, it is because the modes corresponding to <inline-formula id="inf358">
<mml:math id="minf358">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> didn&#x2019;t resonate under perturbation. Here both double points <inline-formula id="inf359">
<mml:math id="minf359">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf360">
<mml:math id="minf360">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> split at leading order under the damped HONLS perturbation. <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8B</xref> shows for short time (<inline-formula id="inf361">
<mml:math id="minf361">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) the spectrum has a band gap structure indicating the first mode travels to the right and the second travels to the left. As time evolves the bands shift and align and <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8C</xref> shows at <inline-formula id="inf362">
<mml:math id="minf362">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>15.9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> two bands in the right quadrant intersect with an embedded complex critical point. The critical point splits with one band moving back toward the imaginary axis. There are now two bands detached from the primary band and evolving towards the real axis, <xref ref-type="fig" rid="F8">Figures 8D,E</xref>. Complex critical points do not appear for <inline-formula id="inf363">
<mml:math id="minf363">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>15.9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Two UM regime: <bold>(A)</bold> <inline-formula id="inf364">
<mml:math id="minf364">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf365">
<mml:math id="minf365">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and spectrum at <bold>(B)</bold> <inline-formula id="inf366">
<mml:math id="minf366">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf367">
<mml:math id="minf367">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>15.84</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D)</bold> <inline-formula id="inf368">
<mml:math id="minf368">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>17.4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(E)</bold> <inline-formula id="inf369">
<mml:math id="minf369">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>57.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf370">
<mml:math id="minf370">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf371">
<mml:math id="minf371">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf372">
<mml:math id="minf372">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> when <bold>(F)</bold> <inline-formula id="inf373">
<mml:math id="minf373">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (the uncoalesced SPB), <bold>(G)</bold> <inline-formula id="inf374">
<mml:math id="minf374">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.665</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (the coalesced SPB).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-633890-g008.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8F</xref> shows <inline-formula id="inf375">
<mml:math id="minf375">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the example under consideration (<inline-formula id="inf376">
<mml:math id="minf376">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) when <inline-formula id="inf377">
<mml:math id="minf377">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,<inline-formula id="inf378">
<mml:math id="minf378">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We find <inline-formula id="inf379">
<mml:math id="minf379">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> saturates at <inline-formula id="inf380">
<mml:math id="minf380">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> indicating <inline-formula id="inf381">
<mml:math id="minf381">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has stabilized. For <inline-formula id="inf382">
<mml:math id="minf382">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf383">
<mml:math id="minf383">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is characterized as a continuous deformation of a stable NLS five-phase solution. The numerically observed initial splitting of complex double points <inline-formula id="inf384">
<mml:math id="minf384">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf385">
<mml:math id="minf385">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is consistent with the perturbation analysis of damped HONLS SPB data&#x20;(19).</p>
<p>Among the two mode SPBs in the 2 UM regime, the one of highest amplitude due to coalescence of the modes appeared to be more robust [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. An interesting observation is obtained if we examine the evolution of spectrum and of <inline-formula id="inf386">
<mml:math id="minf386">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> using the initial data for the special coalesced two mode SPB, generated from <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref> by setting <inline-formula id="inf387">
<mml:math id="minf387">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.665</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf388">
<mml:math id="minf388">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf389">
<mml:math id="minf389">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For the coalesced case, complex critical points form 4&#x20;times for <inline-formula id="inf390">
<mml:math id="minf390">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>45</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the damped HONLS system. <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8G</xref> shows <inline-formula id="inf391">
<mml:math id="minf391">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> saturates for <inline-formula id="inf392">
<mml:math id="minf392">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. A comparison with the results of the non-coalesced two mode SPB given above indicate that remnants of the coalesced <inline-formula id="inf393">
<mml:math id="minf393">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and it&#x2019;s instabilities influence the damped HONLS dynamics over a longer time period, suggesting enhanced robustness with respect to perturbations of the NLS equation.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>3.3 Damped SPBs in the Three Unstable Mode Regime</title>
<p>The parameters used for the three UM regime are <inline-formula id="inf394">
<mml:math id="minf394">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf395">
<mml:math id="minf395">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msqrt>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The damped HONLS perturbation parameters are <inline-formula id="inf397">
<mml:math id="minf397">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.05</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf398">
<mml:math id="minf398">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We present the results of two damped HONLS SPBs, <inline-formula id="inf399">
<mml:math id="minf399">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf400">
<mml:math id="minf400">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which exhibit an interesting or new feature. The evolutions of the other damped HONLS SPBs in the three UM regime in the three UM regime are discussed in relation to these cases.</p>
<sec>
<title>
<inline-formula id="inf401">
<mml:math id="minf401">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the three UM regime</title>
<p>The surface <inline-formula id="inf402">
<mml:math id="minf402">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for initial data given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref> with <inline-formula id="inf403">
<mml:math id="minf403">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is shown in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9A</xref> for <inline-formula id="inf404">
<mml:math id="minf404">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Notice in the 3 UM regime <inline-formula id="inf405">
<mml:math id="minf405">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> exhibits regular behavior and is a damped modulated right traveling wave as was <inline-formula id="inf406">
<mml:math id="minf406">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the 2 UM regime. The spectrum at <inline-formula id="inf407">
<mml:math id="minf407">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9B</xref>. The end point of the band of spectrum, <inline-formula id="inf408">
<mml:math id="minf408">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.7</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is indicated by a &#x201c;box&#x201d;. There are three complex double points at <inline-formula id="inf409">
<mml:math id="minf409">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.677</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf410">
<mml:math id="minf410">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.604</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf411">
<mml:math id="minf411">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.456</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> indicated by an &#x201c;<inline-formula id="inf412">
<mml:math id="minf412">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>&#x201d;, &#x201c;box&#x201d; and &#x201c;<inline-formula id="inf413">
<mml:math id="minf413">
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>&#x201d;, respectively. Under the damped HONLS perturbation the complex double point at which <inline-formula id="inf414">
<mml:math id="minf414">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is constructed, <inline-formula id="inf415">
<mml:math id="minf415">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, splits into a right state as shown in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9C</xref>. The complex double points <inline-formula id="inf416">
<mml:math id="minf416">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf417">
<mml:math id="minf417">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> remain closed; <inline-formula id="inf418">
<mml:math id="minf418">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> lies on the upper band in the right quadrant and <inline-formula id="inf419">
<mml:math id="minf419">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> lies on the lower band. Transverse cross states with embedded complex critical points form frequently in the spectrum until <inline-formula id="inf420">
<mml:math id="minf420">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>68</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, e.g., a cross state is shown at <inline-formula id="inf421">
<mml:math id="minf421">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>36.6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9D</xref>. <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9E,F</xref> show the complex double points persist on the bands of spectrum until damping sufficiently diminishes the amplitude of the background and the complex double points reach the real axis at <inline-formula id="inf422">
<mml:math id="minf422">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>85</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9G</xref> <inline-formula id="inf423">
<mml:math id="minf423">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> saturates at <inline-formula id="inf424">
<mml:math id="minf424">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>90</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Due to the presence of the complex double points for <inline-formula id="inf425">
<mml:math id="minf425">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf426">
<mml:math id="minf426">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be viewed as a continuous deformation of an unstable 3&#xa0;phase solution (with two instabilities). As discussed previously, the instabilities associated with the nonresonant modes persist longer than for the resonant&#x20;modes.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Three UM regime: <bold>(A)</bold> <inline-formula id="inf427">
<mml:math id="minf427">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf428">
<mml:math id="minf428">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and Spectrum at <bold>(B)</bold> <inline-formula id="inf429">
<mml:math id="minf429">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf430">
<mml:math id="minf430">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4.7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D)</bold> <inline-formula id="inf431">
<mml:math id="minf431">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>36.6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(E)</bold> <inline-formula id="inf432">
<mml:math id="minf432">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>42.8</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(F)</bold> <inline-formula id="inf433">
<mml:math id="minf433">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>85</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <bold>(G)</bold> <inline-formula id="inf434">
<mml:math id="minf434">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf435">
<mml:math id="minf435">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf436">
<mml:math id="minf436">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-633890-g009.tif"/>
</fig>
<p>In the 3 UM regime the behavior of the SPB <inline-formula id="inf437">
<mml:math id="minf437">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is similar to <inline-formula id="inf438">
<mml:math id="minf438">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In this case <inline-formula id="inf439">
<mml:math id="minf439">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> initially splits asymmetrically into the right state (which we&#x2019;ve now seen frequently in the initial damped HONLS system when only one mode is activated). The double points <inline-formula id="inf440">
<mml:math id="minf440">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf441">
<mml:math id="minf441">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> do not split, they move along the band of spectrum created by <inline-formula id="inf442">
<mml:math id="minf442">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf443">
<mml:math id="minf443">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As a result <inline-formula id="inf444">
<mml:math id="minf444">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> stabilizes only when <inline-formula id="inf445">
<mml:math id="minf445">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf446">
<mml:math id="minf446">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> become real, at <inline-formula id="inf447">
<mml:math id="minf447">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>140</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As in the previous cases, it is striking that the prediction from a short time perturbation analysis that certain double points remain closed, holds for the duration of the experiments (even while the solution evolves as a perturbed degenerate 3-phase state (with two instabilities). In contrast, for <inline-formula id="inf448">
<mml:math id="minf448">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the higher order nonlinearities and damping excite all the modes. The solution is characterized by the formation of complex critical points and irregular behavior before stabilizing at <inline-formula id="inf449">
<mml:math id="minf449">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>40</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec>
<title>
<inline-formula id="inf450">
<mml:math id="minf450">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the three UM regime</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10A</xref> shows the surface <inline-formula id="inf451">
<mml:math id="minf451">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf452">
<mml:math id="minf452">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for initial data given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref> with <inline-formula id="inf453">
<mml:math id="minf453">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Three UM regime: <bold>(A)</bold> <inline-formula id="inf454">
<mml:math id="minf454">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and Spectrum at <bold>(B)</bold> <inline-formula id="inf455">
<mml:math id="minf455">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>10.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(C)</bold> <inline-formula id="inf456">
<mml:math id="minf456">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>14.78</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(D)</bold> <inline-formula id="inf457">
<mml:math id="minf457">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>24.96</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(E)</bold> <inline-formula id="inf458">
<mml:math id="minf458">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>68.38</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <bold>(F)</bold> <inline-formula id="inf459">
<mml:math id="minf459">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>69.9</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <bold>(G)</bold> <inline-formula id="inf460">
<mml:math id="minf460">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf461">
<mml:math id="minf461">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf462">
<mml:math id="minf462">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf463">
<mml:math id="minf463">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.01</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-09-633890-g010.tif"/>
</fig>
<p>The spectrum at <inline-formula id="inf464">
<mml:math id="minf464">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is as in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure&#x20;9B</xref>. The perturbation initially splits the double points <inline-formula id="inf465">
<mml:math id="minf465">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf466">
<mml:math id="minf466">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into <inline-formula id="inf467">
<mml:math id="minf467">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf468">
<mml:math id="minf468">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that correspond to a left and right modulated traveling modes, respectively. The new feature here is that the first complex double point, <inline-formula id="inf469">
<mml:math id="minf469">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, splits at higher order into <inline-formula id="inf470">
<mml:math id="minf470">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see the analysis in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> showing that a multi-mode perturbation in a higher UM regime introduces new resonances not seen with single mode perturbations). The higher order splitting is visible in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10B</xref> at <inline-formula id="inf471">
<mml:math id="minf471">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>10.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Complex double points are not observed in the spectral evolution for <inline-formula id="inf472">
<mml:math id="minf472">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.The formation of complex critical points in the spectrum occurs frequently as shown, for example, in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10C</xref> and <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10D</xref>. Since the amplitude of the background state at <inline-formula id="inf473">
<mml:math id="minf473">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is initially very close to the 4 UM regime, in this example we observe that nearby real double points are noticeably split by the perturbation. <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10E</xref> shows the spectrum at <inline-formula id="inf474">
<mml:math id="minf474">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>68.4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> when the last complex critical point forms. This is reflected in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10G</xref> which shows <inline-formula id="inf475">
<mml:math id="minf475">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> saturates at <inline-formula id="inf476">
<mml:math id="minf476">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>68</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Each of the bursts of growth in <inline-formula id="inf477">
<mml:math id="minf477">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be correlated with a complex critical point crossing. As time evolves disspiation diminshes the strength of the instability captured by the complex critical points or complex double points. <inline-formula id="inf478">
<mml:math id="minf478">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> exhibits quite rich and compex dynamics before damping saturates the instabilities and it&#x2019;s behavior is not easy to characterize as when dealing with the perturbed SPBs in the <inline-formula id="inf479">
<mml:math id="minf479">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> UM regimes. For <inline-formula id="inf480">
<mml:math id="minf480">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the evolution of <inline-formula id="inf481">
<mml:math id="minf481">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> may be characterized as a continuous deformation of a stable 7-phase solution (<xref ref-type="fig" rid="F10">Figure&#x20;10F</xref>).</p>
<p>As a comparison, <inline-formula id="inf482">
<mml:math id="minf482">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf483">
<mml:math id="minf483">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> exhibit shorter term irregular behavior with all the dominant modes excited and they stabilize at <inline-formula id="inf484">
<mml:math id="minf484">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mn>15,18</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. respectively. <inline-formula id="inf485">
<mml:math id="minf485">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> was observed to take longer to stabilize due to the higher order splitting in <inline-formula id="inf486">
<mml:math id="minf486">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The exact nature of the instability associated with complex critical points in under investigation. They may be weaker than the exponential instabilities associated with complex double points but the evolution of <inline-formula id="inf487">
<mml:math id="minf487">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> illustrates their cumulative impact can be significant.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Perturbation Analysis</title>
<p>While examining the route to stability of the SPBs under the damped HONLS several novel results arose. One feature was that the instabilities of nonresonant modes persist longer than the instabilities of the resonant modes. We are interested in the fate of complex double points under noneven perturbations induced by HONLS as they characterize the SPB. Following the perturbation analysis in [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>] used to determine the <inline-formula id="inf488">
<mml:math id="minf488">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> splitting of double points for single mode perturbations, we carry the analysis to higher order for noneven multi mode perturbations of the SPBs. We find 1) additional modes resonate with the perturbation and 2) complex double points associated with nonresonant modes remain closed.</p>
<p>To obtain linearized initial conditions for the one and two mode SPBs we use the Hirota formulation of the SPBs [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. For example for the one mode SPB one obtains,<disp-formula id="e14">
<mml:math id="me14">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf489">
<mml:math id="minf489">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf490">
<mml:math id="minf490">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf491">
<mml:math id="minf491">
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf492">
<mml:math id="minf492">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>sec</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and &#x3b3; is an arbitrary&#x20;phase.</p>
<p>The appropriate linearized initial conditions for the one and two mode SPBs, <inline-formula id="inf493">
<mml:math id="minf493">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf494">
<mml:math id="minf494">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> respectively, are obtained by choosing <italic>t</italic> and &#x3b3; such that <inline-formula id="inf495">
<mml:math id="minf495">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf496">
<mml:math id="minf496">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are small. After neglecting second-order terms we obtain:<disp-formula id="e15">
<mml:math id="me15">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e16">
<mml:math id="me16">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The damped HONLS yields the following noneven first order approximation for small time,<disp-formula id="e17">
<mml:math id="me17">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e18">
<mml:math id="me18">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf497">
<mml:math id="minf497">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf498">
<mml:math id="minf498">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are functions of <italic>h</italic> and the damped HONLS parameters &#x3f5; and &#x3b3;, for <inline-formula id="inf499">
<mml:math id="minf499">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For simplicity we set <inline-formula id="inf500">
<mml:math id="minf500">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2dc;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and suppress their explicit dependence on <inline-formula id="inf501">
<mml:math id="minf501">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="me19">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf502">
<mml:math id="minf502">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>Q</italic> can be 0 or 1, depending on whether a one or two mode SPB is under consideration.</p>
<p>Since <inline-formula id="inf503">
<mml:math id="minf503">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the eigenfunctions <inline-formula id="inf504">
<mml:math id="minf504">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are analytic functions of their arguments, at the double points <inline-formula id="inf505">
<mml:math id="minf505">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> we assume the following expansions:<disp-formula id="e20">
<mml:math id="me20">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="me21">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>Substituting these expansions into <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Eq. 25</xref> we obtain the following:<disp-formula id="e22">
<mml:math id="me22">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e23">
<mml:math id="me23">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="me24">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e25">
<mml:math id="me25">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The leading order <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq. 22</xref> provides the spectrum for the Stokes wave. At the double points <inline-formula id="inf506">
<mml:math id="minf506">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the two dimensional eigenspace is spanned by the eigenfunctions<disp-formula id="e26">
<mml:math id="me26">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf507">
<mml:math id="minf507">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the general solution is given by<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="mequ5">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 First Order Results</title>
<p>For periodic <italic>v</italic>, the solvability condition for the system <inline-formula id="inf508">
<mml:math id="minf508">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given by the orthogonality condition<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="mequ6">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>for all <italic>w</italic> in the nullspace of the Hermitian operator<disp-formula id="equ7">
<mml:math id="mequ7">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>At the double points the nullspace of <inline-formula id="inf509">
<mml:math id="minf509">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is spanned by the eigenfunctions <inline-formula id="inf510">
<mml:math id="minf510">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the orthogonality condition becomes<disp-formula id="e27">
<mml:math id="me27">
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Applying this orthogonality condition to <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Eq. 23</xref> yields the system of equations<disp-formula id="equ8">
<mml:math id="mequ8">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>where<disp-formula id="e28">
<mml:math id="me28">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e29">
<mml:math id="me29">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Non trivial solutions <inline-formula id="inf511">
<mml:math id="minf511">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are obtained only at the complex double points <inline-formula id="inf512">
<mml:math id="minf512">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf513">
<mml:math id="minf513">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at which the SPB was constructed providing the first order correction<disp-formula id="e30">
<mml:math id="me30">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf514">
<mml:math id="minf514">
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Im</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf515">
<mml:math id="minf515">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf516">
<mml:math id="minf516">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As a result <inline-formula id="inf517">
<mml:math id="minf517">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> where <inline-formula id="inf518">
<mml:math id="minf518">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the double point splits asymmetrically in any direction. Examining <inline-formula id="inf519">
<mml:math id="minf519">
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> in a neighborhood of <inline-formula id="inf520">
<mml:math id="minf520">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> we find that when <inline-formula id="inf521">
<mml:math id="minf521">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> resonates with a particular mode, the band of continuous spectrum along the imaginary axis splits asymmetrically into two disjoint bands in the upper half plane. The other double points do not experience an <inline-formula id="inf522">
<mml:math id="minf522">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> correction.</p>
<p>The spectral configuration is determind by the location of <inline-formula id="inf523">
<mml:math id="minf523">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf524">
<mml:math id="minf524">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> determines the speed and direction of the associated phase. For example, in the one complex double point regime there are only two spectral configurations associated with noneven perturbation: 1) For <inline-formula id="inf525">
<mml:math id="minf525">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, Re <inline-formula id="inf526">
<mml:math id="minf526">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the upper band of spctrum lies in the first quadrant. The wave form is characterized by a single modulated mode traveling to the right. 2) For <inline-formula id="inf527">
<mml:math id="minf527">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, Re <inline-formula id="inf528">
<mml:math id="minf528">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the upper band of spectrum is in the second quadrant, and the wave form is characterized by a single modulated mode traveling to the&#x20;left.</p>
<p>As observed in the damped HONLS numerical experiments, the spectrum evolves between two distinct configurations when the continuous spectrum develops a complex critical point (not double point) due to the formation of transverse bands which then splits.</p>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Second Order Results</title>
<p>Determining the <inline-formula id="inf529">
<mml:math id="minf529">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> corrections to the double points <inline-formula id="inf530">
<mml:math id="minf530">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <inline-formula id="inf531">
<mml:math id="minf531">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, requires determining the eigenfunctions at <inline-formula id="inf532">
<mml:math id="minf532">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. When <inline-formula id="inf533">
<mml:math id="minf533">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the right hand side of <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Eq. 23</xref> simplifies to<disp-formula id="equ9">
<mml:math id="mequ9">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2112;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2131;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf534">
<mml:math id="minf534">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eq. 26</xref>. We assume <inline-formula id="inf535">
<mml:math id="minf535">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> where<disp-formula id="e31">
<mml:math id="me31">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Substituting <inline-formula id="inf536">
<mml:math id="minf536">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Eq. 23</xref> we find the coefficient vectors to be (with <inline-formula id="inf537">
<mml:math id="minf537">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf538">
<mml:math id="minf538">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>)<disp-formula id="equ10">
<mml:math id="mque10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ11">
<mml:math id="mque11">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ12">
<mml:math id="mque12">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ13">
<mml:math id="mque13">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>With <inline-formula id="inf539">
<mml:math id="minf539">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in hand, applying the orthogonality condition to <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Eq. 24</xref> yields the system<disp-formula id="e32">
<mml:math id="me32">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>giving an <inline-formula id="inf540">
<mml:math id="minf540">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> correction of the form<disp-formula id="e33">
<mml:math id="me33">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#xa0;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Consequently only the double points <inline-formula id="inf541">
<mml:math id="minf541">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf542">
<mml:math id="minf542">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, or <inline-formula id="inf543">
<mml:math id="minf543">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> experience an <inline-formula id="inf544">
<mml:math id="minf544">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> splitting. All other double points experience an <inline-formula id="inf545">
<mml:math id="minf545">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> translation. This calculation can be carried to higher order <inline-formula id="inf546">
<mml:math id="minf546">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In the simpler case of a damped single mode SPB, <inline-formula id="inf547">
<mml:math id="minf547">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, only <inline-formula id="inf548">
<mml:math id="minf548">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> corresponding to the resonant mode <inline-formula id="inf549">
<mml:math id="minf549">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> will split at order <inline-formula id="inf550">
<mml:math id="minf550">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> whereas the splitting is zero for <inline-formula id="inf551">
<mml:math id="minf551">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf552">
<mml:math id="minf552">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>].</p>
<p>For the two mode damped SPB <inline-formula id="inf553">
<mml:math id="minf553">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the 3 UM regime we find <inline-formula id="inf554">
<mml:math id="minf554">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf555">
<mml:math id="minf555">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> will split at <inline-formula id="inf556">
<mml:math id="minf556">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The mode associated with <inline-formula id="inf557">
<mml:math id="minf557">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> resonates also with <inline-formula id="inf558">
<mml:math id="minf558">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <inline-formula id="inf559">
<mml:math id="minf559">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. All 3 complex double points split, in contrast with the one mode <inline-formula id="inf560">
<mml:math id="minf560">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> where <inline-formula id="inf561">
<mml:math id="minf561">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf562">
<mml:math id="minf562">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> do not&#x20;split.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s5">
<title>5 Conclusions</title>
<p>In this paper we investigated the route to stability for even <italic>N</italic>-mode SPB solutions of the NLS equation in the framework of a damped HONLS equation using the Floquet spectral theory of the NLS equation. We found novel instabilities emerging in the symmetry broken solution space of the damped HONLS which are not captured by complex double points in the Floquet spectrum. We developed a broadened Floquet characterization of instabilities by examining the stability of an even 3-phase solution of the NLS equation with respect to noneven perturbations. We found the transverse complex critical point in its spectrum is associated with an instability which is not excited when evenness is imposed.</p>
<p>The association of instabilities excited by symmetry breaking with complex critical points of the Floquet spectrum was corroborated by the numerical experiments. If one of the complex double points present at <inline-formula id="inf563">
<mml:math id="minf563">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> splits in the damped HONLS system, the subsequent spectral evolution involves repeated formation and splitting of complex critical points (not double points) which we correlated with the observed instabilities.</p>
<p>In the numerical study we presented experiments using fixed values of the perturbation parameters &#x3f5; and &#x3b3;. As these parameters are varied fewer or more critical points may form and the time the damped HONLS solution stabilizes may vary but the following interesting results are independent of their specific value: 2) Instabilities excited by symmetry breaking are associated with complex critical points. 2) Solutions stabilize once damping eliminates all the complex critical points and complex double points in the spectral deomposition of the damped HONLS data. 3) Only certain modes resonate with the damped HONLS perturbation. Resonant modes aid in stabilizing the solution. If nonresonant modes are present, their instabilities persist and appear to organize the dynamics on a longer timescale.</p>
<p>Each burst of growth in <inline-formula id="inf564">
<mml:math id="minf564">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be correlated with the emergence of a complex critical point. The numerics suggest the instabilities associated with complex critical points may be weaker than those associated with complex double points. Even so the exact nature of the instability warrants further investigation. As demonstrated by the evolution of <inline-formula id="inf565">
<mml:math id="minf565">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> their cumulative impact can be significant.</p>
<p>
<italic>Via</italic> a short time perturbation analysis we find that resonant complex double points split producing disjoint asymmetric bands, while the nonresonant complex double points remain closed as they move along the bands of spectrum, corroborating the initial spectral evolutions observed in the numerical experiments. Further, the nonresonant double points remain closed for the duration of the experiments, beyond the time-frame of the short time analysis, even though the solution evolves as a damped asymmetric multi-phase&#x20;state.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s6">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/Supplementary Material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>CS was responsible for the theoretical framework, calculations, and the writing of the manuscript. CS and AI performed the numerical simulations. Both authors approve the manuscript.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>This work was partially supported by Simons Foundation, Grant No. &#x23;527565.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Stokes</surname>
<given-names>GG</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On the theory of oscillatory waves</article-title>. <source>Trans Cambridge Philos Soc</source> (<year>1847</year>) <volume>8</volume>:<fpage>441</fpage>&#x2013;<lpage>73</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Benjamin</surname>
<given-names>TB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Feir</surname>
<given-names>JE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The disintegration of wave trains in deep water</article-title>. <source>J&#x20;Fl Mech</source> (<year>1967</year>) <volume>27</volume>:<fpage>417</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/s002211206700045x</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zakharov</surname>
<given-names>VE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Stability of periodic waves of finite amplitude on the surface of a deep fluid</article-title>. <source>J&#x20;Appl Mech Tech Phys</source> (<year>1968</year>) <volume>9</volume>:<fpage>190</fpage>&#x2013;<lpage>4</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF00913182</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Peregrine</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Water waves, nonlinear Schr&#xf6;dinger equations and their solutions</article-title>. <source>J&#x20;Austral Math Soc Ser B</source> (<year>1983</year>) <volume>25</volume>:<fpage>16</fpage>&#x2013;<lpage>43</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/s0334270000003891</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dysthe</surname>
<given-names>KB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Trulsen</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Note on breather type solutions of the NLS as models for freak-waves</article-title>. <source>Physica Scripta</source> (<year>1999</year>) <volume>T82</volume>:<fpage>48</fpage>&#x2013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1238/physica.topical.082a00048</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kibbler</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fatome</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Finot</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Millot</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dias</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Genty</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>The Peregrine soliton in nonlinear fibre optics</article-title>. <source>Nat Phys</source> (<year>2010</year>) <volume>6</volume>:<fpage>790</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nphys1740</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kharif</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pelinovsky</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Slunyaev</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Rogue waves in the ocean</source>. <publisher-loc>Berlin Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name> (<year>2009</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Onorato</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Residori</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bortolozzo</surname>
<given-names>U</given-names>
</name>
<name>
<surname>Montina</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arecchi</surname>
<given-names>FT</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Rogue waves and their generating mechanisms in different physical contexts</article-title>. <source>Phys Rep</source> (<year>2013</year>) <volume>528</volume>:<fpage>47</fpage>&#x2013;<lpage>89</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physrep.2013.03.001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Solli</surname>
<given-names>DR</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ropers</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koonath</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jalali</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Optical rogue waves</article-title>. <source>Nature</source> (<year>2007</year>) <volume>450</volume>:<fpage>1054</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature06402</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Osborne</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Onorato</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Serio</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The nonlinear dynamics of rogue waves and holes in deep-water gravity wave train</article-title>. <source>Phys Lett A</source> (<year>2000</year>) <volume>275</volume>:<fpage>386</fpage>&#x2013;<lpage>93</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0375-9601(00)00575-2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Calini</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schober</surname>
<given-names>CM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Homoclinic chaos increases the likelihood of rogue wave formation</article-title>. <source>Phys Lett A</source> (<year>2002</year>) <volume>298</volume>:<fpage>335</fpage>&#x2013;<lpage>49</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0375-9601(02)00576-5</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Akhmediev</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Soto-Crespo</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ankiewicz</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Extreme waves that appear from nowhere: on the nature of rogue waves</article-title>. <source>Phys Lett A</source> (<year>2009</year>) <volume>373</volume>:<fpage>2137</fpage>&#x2013;<lpage>45</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2009.04.023</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Akhmediev</surname>
<given-names>NN</given-names>
</name>
<name>
<surname>Eleonskii</surname>
<given-names>VM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kulagin</surname>
<given-names>NE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Exact first-order solutions of the nonlinear Schr&#xf6;dinger equation</article-title>. <source>Theor Math Phys (Ussr)</source> (<year>1987</year>) <volume>72</volume>:<fpage>809</fpage>&#x2013;<lpage>18</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/bf01017105</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Calini</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schober</surname>
<given-names>CM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Characterizing JONSWAP rogue waves and their statistics <italic>via</italic> inverse spectral data</article-title>. <source>Wave Motion</source> (<year>2017</year>) <volume>71</volume>:<fpage>5</fpage>&#x2013;<lpage>17</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.wavemoti.2016.06.007</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pelinovsky</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Rogue periodic waves of the focusing nonlinear Schr&#xf6;dinger equation</article-title>. <source>Proc Math Phy Eng Sci</source> (<year>2018</year>) <volume>474</volume>:<fpage>20170814</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.2017.0814</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pelinovsky</surname>
<given-names>DE</given-names>
</name>
<name>
<surname>White</surname>
<given-names>RE</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Rogue waves on the double-periodic background in the focusing nonlinear Schr&#xf6;dinger equation</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2019</year>) <volume>100</volume>:<fpage>052219</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.100.052219</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Calini</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schober</surname>
<given-names>CM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Numerical investigation of stability of breather-type solutions of the nonlinear Schr&#xf6;dinger equation</article-title>. <source>Nat Hazards Earth Syst Sci</source> (<year>2014</year>) <volume>14</volume>:<fpage>1431</fpage>&#x2013;<lpage>40</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.5194/nhess-14-1431-2014</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Segur</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Henderson</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Carter</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hammack</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pheiff</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Stabilizing the benjamin-feir instability</article-title>. <source>J&#x20;Fluid Mech</source> (<year>2005</year>) <volume>539</volume>:<fpage>229</fpage>&#x2013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/s002211200500563x</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chabchoub</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hoffmann</surname>
<given-names>NP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Akhmediev</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Rogue wave observation in a water wave tank</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source> (<year>2011</year>) <volume>106</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>4</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.106.204502</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fotopoulos</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
<name>
<surname>Frantzeskakis</surname>
<given-names>DJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karachalios</surname>
<given-names>NI</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kevrekidis</surname>
<given-names>PG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Koukouloyannis</surname>
<given-names>V</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vetas</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Extreme wave events for a nonlinear Schr&#xf6;dinger equation with linear damping and Gaussian driving</article-title>. <source>Commun Nonlinear Sci Numer Simul</source> (<year>2019</year>) <volume>82</volume>:<fpage>105058</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cnsns.2019.105058</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Coppini</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grinevich</surname>
<given-names>PG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Santini</surname>
<given-names>PM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Effect of a small loss or gain in the periodic nonlinear Schr&#xf6;dinger anomalous wave dynamics</article-title>. <source>Phys Rev E</source> (<year>2020</year>) <volume>101</volume>:<fpage>032204</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.101.032204</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kimmoun</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hsu</surname>
<given-names>HC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Branger</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>MS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>YY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kharif</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> <article-title>Modulation instability and phase-shifted Fermi-Pasta-Ulam recurrence</article-title>. <source>Sci Rep</source> (<year>2016</year>) <volume>6</volume>:<fpage>28516</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep28516</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schober</surname>
<given-names>CM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Islas</surname>
<given-names>AL</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The routes to stability of spatially periodic solutions of the linearly damped NLS equation</article-title>. <source>The Eur Phys J&#x20;Plus</source> (<year>2020</year>) <volume>135</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>20</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjp/s13360-020-00660-w</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dysthe</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Note on a modification to the nonlinear Schr&#xf6;dinger equation for deep water</article-title>. <source>Proc R Soc London Ser A Math Phys Sci</source> (<year>1979</year>) <volume>369</volume>:<fpage>105</fpage>&#x2013;<lpage>14</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.1979.0154</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lo</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mei</surname>
<given-names>CC</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A numerical study of water wave modulation based on a higher-order nonlinear Schr&#xf6;dinger equation</article-title>. <source>J&#x20;Fluid Mech</source> (<year>2020</year>) <volume>150</volume>:<fpage>395</fpage>&#x2013;<lpage>416</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/s0022112085000180</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ablowitz</surname>
<given-names>MJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herbst</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schober</surname>
<given-names>CM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Long-time dynamics of the modulational instability of deep water waves</article-title>. <source>Physica D</source> (<year>2001</year>) <volume>152-153</volume>:<fpage>416</fpage>&#x2013;<lpage>33</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0167-2789(01)00183-x</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gramstad</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Trulsen</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Hamiltonian form of the modified nonlinear Schr&#xf6;dinger equation for gravity waves on arbitrary depth</article-title>. <source>J&#x20;Fluid Mech</source> (<year>2011</year>) <volume>670</volume>:<fpage>404</fpage>&#x2013;<lpage>26</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/s0022112010005355</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zaug</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Carter</surname>
<given-names>JD</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Dissipative models of swell propagation across the Pacific</article-title>. <source>arXiv</source>. <comment>Preprint: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://arXiv:2005.06635">arXiv:2005.06635</ext-link>
</comment>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/essoar.10503175.1</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Carter</surname>
<given-names>JD</given-names>
</name>
<name>
<surname>Henderson</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Butterfield</surname>
<given-names>I</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A comparison of frequency downshift models of wave trains on deep water</article-title>. <source>Phys Fluids</source> (<year>2019</year>) <volume>31</volume>:<fpage>013103</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5063016</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Deconinck</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Segal</surname>
<given-names>BL</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The stability spectrum for elliptic solutions to the focusing NLS equation</article-title>. <source>Physica D</source> (<year>2017</year>) <volume>346</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>19</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physd.2017.01.004</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zakharov</surname>
<given-names>VE</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shabat</surname>
<given-names>AB</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Exact theory of two-dimensional self-focusing and onedimensional self-modulation of waves in nonlinear media</article-title>. <source>Soviet Phys JETP</source> (<year>1972</year>) <volume>34</volume>:<fpage>62</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ercolani</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Forest</surname>
<given-names>MG</given-names>
</name>
<name>
<surname>McLaughlin</surname>
<given-names>DW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Geometry of the modulational instability. iii. homoclinic orbits for the periodic Sine-Gordon equation</article-title>. <source>Physica D</source> (<year>1990</year>) <volume>43</volume>:<fpage>349</fpage>&#x2013;<lpage>84</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0167-2789(90)90142-c</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>McLaughlin</surname>
<given-names>DW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Overman</surname>
<given-names>EA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Whiskered tori for integrable pdes and chaotic behavior in near integrable pdes</article-title>. <source>Surv Appl Math</source> (<year>1995</year>) <volume>1</volume>:<fpage>83</fpage>&#x2013;<lpage>203</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4899-0436-2_2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Overman</surname>
<given-names>EA, II</given-names>
</name>
<name>
<surname>McLaughlin</surname>
<given-names>DW</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bishop</surname>
<given-names>AR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Coherence and chaos in the driven damped Sine-Gordon equation: measurement of the soliton spectrum</article-title>. <source>Physica D</source> (<year>1986</year>) <volume>19</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>14</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0167-2789(86)90052-7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>WX</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khalique</surname>
<given-names>CM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Solitary waves with the Madelung fluid description: a generalized derivative nonlinear Schr&#xf6;dinger equation</article-title>. <source>Commun Nonlinear Sci Numer Simul</source> (<year>2016</year>) <volume>31</volume>:<fpage>40</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cnsns.2015.07.007</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sattinger</surname>
<given-names>DH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zurkowski</surname>
<given-names>VD</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Gauge theory of B&#xc3;cklund transformations. ii</article-title>. <source>Physica D Nonlinear Phenom</source> (<year>1987</year>) <volume>26</volume>:<fpage>225</fpage>&#x2013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0167-2789(87)90227-2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Trefethen</surname>
<given-names>LN</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Spectral methods</source>. <publisher-loc>Philadelphia</publisher-loc>: <publisher-name>SIAM</publisher-name> (<year>2000</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Grinevich</surname>
<given-names>PG</given-names>
</name>
<name>
<surname>Santini</surname>
<given-names>PM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The finite gap method and the analytic description of the exact rogue wave recurrence in the periodic NLS Cauchy problem</article-title>. <source>Nonlinearity</source> (<year>2018</year>) <volume>31</volume>:<fpage>5258</fpage>&#x2013;<lpage>308</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-6544/aaddcf</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ablowitz</surname>
<given-names>MJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Herbst</surname>
<given-names>BM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schober</surname>
<given-names>CM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Computational chaos in the nonlinear Schr&#xf6;dinger equation without homoclinic crossings</article-title>. <source>Physica A</source> (<year>1996</year>) <volume>228</volume>:<fpage>212</fpage>&#x2013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0378-4371(95)00434-3</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hirota</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Lecture notes in mathematics</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name> (<year>1976</year>), <volume>515</volume>.</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ablowitz</surname>
<given-names>MJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schober</surname>
<given-names>CM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Effective chaos in the nonlinear Schr&#xf6;dinger equation</article-title>. <source>Contemp Math</source> (<year>1994</year>) <volume>172</volume>:<fpage>253</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/conm/172/01808</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>