超常介质中暗孤子的形成和传输特性研究

利用一种扩展的双曲函数级数方法求解超常介质中的传输方程，得到了各种不同情形下的暗孤子解，分析了可控自陡效应和二阶非线性色散效应对孤子形成和传输特性的影响.结果表明，超常介质中负的自陡效应使得暗孤子的中心位置随传输距离向脉冲前沿方向漂移，与常规介质中自陡效应(恒为正)的作用相反；特别是，由于二阶非线性色散的作用，使得在没有线性群速度色散的情形下同样可形成孤子，而且在反常线性色散情形也可形成暗孤子.     

自陡峭效应影响下超常介质中精确的类孤子研究

以超常介质中超短脉冲传输的归一化非线性薛定谔方程为模型,采用拟解法解析得到了自陡峭效应影响下的一组新型的精确亮、暗类孤子解。研究发现,当自陡峭效应、群速度色散和赝五阶非线性效应达到平衡时,在正折射自聚焦超常介质的反常色散区,既可以存在亮类孤子也可以存在暗类孤子,但亮、暗类孤子具有不同的脉宽、频移、速度和波数。这与自聚焦常规介质中亮孤子存在于反常色散区而暗孤子存在于正常色散区明显不同。最后,数值研究了存在条件偏离和白噪声干扰下该新型类孤子的稳定性,结果表明该亮、暗类孤子都能保持自身形状比较稳定的在超常介质中传输。     

超常介质中精确的亮暗类孤子的传输特性

基于超常介质中超短脉冲传输的非线性薛定谔方程,解析得到了两种精确的亮、暗类孤子解,并详细讨论了在超常介质中该亮、暗类孤子的存在条件和传输特性.结果发现,在自散焦超常介质的正、负折射区域,该类亮孤子可以存在于反常色散区,这与常规介质中亮孤子存在于自散焦介质中的正常色散区不同;而在自聚焦超常介质的反常色散区,该类暗孤子可以存在于正、负折射率区,在自散焦超常介质的反常色散区,该类暗孤子仅存在于负折射区间.此外,我们数值研究了该类亮、暗孤子的存在条件不能严格满足时的传输稳定性,结果显示,在一定的归一化频率区间,该类亮、暗孤子都能够较稳定地传输.     

超材料中高阶效应影响下飞秒准亮孤子解及其特性

基于描述超材料中超短脉冲传输的高阶非线性薛定谔方程,采用行波法得到一种精确的飞秒准亮孤子解及其存在条件。研究发现,在群速度色散、三阶色散、三次-五次非线性、自陡峭和二阶非线性色散效应的精确平衡下,超材料中可存在该飞秒准孤子;当三阶色散和二阶非线性色散不存在时,该准孤子无法存在。基于Drude模型,详细讨论了不同非线性超材料中该飞秒准亮孤子存在的不同折射区域。结果表明,该飞秒准孤子可存在于自散焦非线性超材料的负折射区和自聚焦非线性超材料的正折射区,而且在不同区域具有不同的脉冲强度和宽度。这意味着,通过选择不同非线性超材料和输入电磁波的频率,使其位于相应的存在区域,可以实现对孤子特性的调控。     

高阶效应影响下高阶孤子在超常介质中的传输特性研究

基于描述超短脉冲在超常介质中传输的非线性薛定谔方程,本文数值研究了高阶效应影响下高阶亮、暗孤子在超常介质中的传输情况。数值模拟表明,三阶色散和自陡峭效应都会引起高阶孤子的分裂和辐射,破坏高阶亮孤子周期性演化特性,导致高阶暗孤子分裂出的灰孤子不对称;孤子的阶数越高,三阶色散和自陡峭的影响越大。利用超常介质可控的色散和非线性特性,通过调节三阶色散和自陡峭效应的系数,发现超常介质中可以基本支持二阶亮孤子、二阶暗孤子和三阶暗孤子的稳定演化。本文的研究结果为将来进一步研究超常介质中高阶亮、暗孤子的存在及传输特性提供了一定的参考价值。     

电磁感应透明的高阶非线性效应对光孤子的影响

研究了电磁感应透明介质中高阶非线性效应对光孤子传输的影响。采用半经典理论获得介质对光场的线性和非线性响应,基于介质特性利用波动理论推演出三-五阶非线性薛定谔方程。介质的线性非线性特性分别决定了群速度色散参量,三阶和五阶非线性系数。研究结果表明,该非线性介质既可以诱导亮孤子也可以诱导暗孤子,取决于群速度色散参量和三阶非线性系数。当前者为负同时后者为正时产生亮孤子,当两者均为负时产生暗孤子,二者可以通过载频与相应跃迁能级失谐的调节获得。与普通非线性薛定谔方程相比,三-五阶非线性薛定谔方程对亮孤子和暗孤子出现的参数和输入条件更加严格。     

色散磁导率对异向介质中的调制不稳定性的影响

基于Drude模型研究了异向介质的色散磁导率对调制不稳定性的影响. 结果表明,在反常色散情形,赝五阶非线性在异向介质的负折射区中增大了调制频谱的范围及增益值,这与常规正折射介质中出现的现象正好相反;自陡峭效应在异向介质中有可能为负值,但无论正负,也无论在正折射区还是负折射区,它都抑制调制不稳定性的产生;二阶非线性色散效应在正、负折射区中分别促进和抑制调制不稳定性的产生. 在正常色散情形,由于二阶非线性色散效应的作用,使本来在常规正折射介质中不可能出现的调制不稳定性现象也能出现,这一特性为在正常色散区形成孤 关键词： 异向介质 调制不稳定性 色散磁导率 二阶非线性色散     

色散磁导率对异向介质中的调制不稳定性的影响

基于Drude模型研究了异向介质的色散磁导率对调制不稳定性的影响. 结果表明，在反常色散情形，赝五阶非线性在异向介质的负折射区中增大了调制频谱的范围及增益值，这与常规正折射介质中出现的现象正好相反；自陡峭效应在异向介质中有可能为负值，但无论正负，也无论在正折射区还是负折射区，它都抑制调制不稳定性的产生；二阶非线性色散效应在正、负折射区中分别促进和抑制调制不稳定性的产生. 在正常色散情形，由于二阶非线性色散效应的作用，使本来在常规正折射介质中不可能出现的调制不稳定性现象也能出现，这一特性为在正常色散区形成孤     

负折射介质中可控自陡峭效应对孤子传输的影响

研究了具有非线性极化的负折射介质中孤子脉冲的传输特性,着重分析了在常规非线性传输模型中不曾出现的由负折射介质色散磁导率导致的可控自陡峭效应对孤子传输的影响.结果表明,与正自陡峭效应一样,负自陡峭效应同样造成孤子脉冲的非对称、中心偏移和高阶孤子衰减,但脉冲偏移的方向与正自陡峭效应情形相反.此外,利用可控自陡峭效应可以从某种程度上抵消三阶色散效应导致的孤子脉冲偏移,从而实现孤子脉冲中心的无偏移传输.     

电磁诱导透明系统中的暗孤子

利用电磁诱导透明效应提供的高色散和非线性系数, 研究暗孤子的形成环境以及孤子演化与环境参数的关系. 为了提高电磁诱导透明的稳定性和可操作性, 用双势阱半导体作为基质材料. 将量子理论和经典场理论结合, 获得了非线性薛定谔方程. 以非线性薛定谔方程为基础, 研究暗孤子的形成条件, 以及孤子演化与环境参数的关系. 研究结果表明: 当介质为反常色散同时交叉相位调制为负时, 在该介质中可以形成和传播暗孤子; 暗孤子演化中, 脉宽、灰度与相位相互关联, 脉宽越小、灰度越大, 相位增长越迅速. 此外, 研究了系统的调制不稳定性, 探讨了在调制不稳定下的增益谱.     

光纤中自变陡效应支持的小振幅孤波

基于连续波背景上的小振幅近似，研究了自变陡效应对正常色散区和非常色散区孤波传输动力学的决定作用。在计及损耗和增益，以及Ｒａｍａｎ自泵的光纤中，两种色散区中均存在明孤波和暗孤波，尤其是发现了与通常明、暗类型相反的小振幅明、暗孤波。 关键词：     

Small-amplitude solitons in nonlinear-saturation glass fibers

Ｓｍａｌｌ－ａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｏｌｉｔｏｎｓｉｎｎｏｎｌｉｎｅａｒ－ｓａｔｕｒａｔｉｏｎｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｓＳｍａｌｌ－ａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｏｌｉｔｏｎｓｉｎｎｏｎｌｉｎｅａｒ－ｓａｔｕｒａｔｉｏｎｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｓ￥ＹＵＺｈｏｎｇｙｕａｎ；...     

Bright and dark optical solitons in the nonlinear Schr(o)dinger equation with fourth-order dispersion and cubic-quintic nonlinearity

By the use of an auxiliary equation, we find bright and dark optical soliton and other soliton solutions for the higher-order nonlinear Schr(o)dinger equation (NLSE) with fourth-order dispersion (FOD), cubic-quintic terms, self-steepening, and nonlinear dispersive terms. Moreover, we give the formation condition of the bright and dark solitons for this higher-order NLSE.     

负折射介质中孤波间相互作用

以描述负折射介质中超短脉冲传输的归一化非线性薛定谔方程为模型,采用对称分步傅里叶算法研究了负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.数值模拟发现:当孤波的初始频移为零时,亮孤波间的相互作用与常规介质中类似;当孤波的初始频移不为零时,其传输速度和相互作用明显受三阶色散和自陡峭效应的影响,主要表现为相互排斥.而负折射介质中暗孤波间的相互作用与常规介质中的相互作用类似,无论暗孤波是否存在初始频移,暗孤波间的相互作用在三阶色散和自陡峭的影响下都表现为相互排斥.结果表明,通过调节三阶色散和自陡峭系数可以在一定程度上抑制负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.该研究结果为负折射介质在未来高速通信中的应用提供了理论依据.     

负折射介质中孤波间相互作用

以描述负折射介质中超短脉冲传输的归一化非线性薛定谔方程为模型,采用对称分步傅里叶算法研究了负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.数值模拟发现:当孤波的初始频移为零时,亮孤波间的相互作用与常规介质中类似;当孤波的初始频移不为零时,其传输速度和相互作用明显受三阶色散和自陡峭效应的影响,主要表现为相互排斥.而负折射介质中暗孤波间的相互作用与常规介质中的相互作用类似,无论暗孤波是否存在初始频移,暗孤波间的相互作用在三阶色散和自陡峭的影响下都表现为相互排斥.结果表明,通过调节三阶色散和自陡峭系数可以在一定程度上抑制负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.该研究结果为负折射介质在未来高速通信中的应用提供了理论依据.     

Soliton models in resonant and nonresonant optical fibers

In this review, considering the important linear and nonlinear optical effects like group velocity dispersion, higher order dispersion, Kerr nonlinearity, self-steepening, stimulated Raman scattering, birefringence, self-induced transparency and various inhomogeneous effects in fibers, the completely integrable concept and bright, dark and self-induced transparency soliton models in nonlinear fiber optics are discussed. Considering the above important optical effects, the different completely integrable soliton models in the form of nonlinear Schrödinger (NLS), NLS-Maxwell-Bloch (MB) type equations reported in the literature are discussed. Finally, solitons in stimulated Raman scattering (SRS) system is briefly discussed.     

Influence of nonlinear dispersion on modulation instability of coherent and partially coherent ultrashort pulses in metamaterials

The combination of dispersive magnetic permeability with nonlinear polarization leads to a series of nonlinear dispersion terms in the propagation equations for ultrashort pulses in metamaterials. Here we present an investigation of modulation instability (MI) of both coherent and partially coherent ultrashort pulses in metamaterials to identify the role of nonlinear dispersion in pulse propagation. The Wigner–Moyal equation for partially coherent ultrashort pulses and the nonlinear dispersion relation for MI in metamaterials are derived. Combining the standard MI theory with the unique properties of the metamaterial, the influence of the controllable first-order nonlinear dispersion, namely self-steepening, and the second-order nonlinear dispersion on both coherent and partially coherent MI, in both negative-index and positive-index regions of the metamaterial for all physically possible cases is analyzed in detail. For the first time to our knowledge, we demonstrate that the role of the second-order nonlinear dispersion in MI is equivalent to that of group-velocity dispersion (GVD) to some extent, and thus due to the role of the second-order nonlinear dispersion, MI may appear in the otherwise impossible cases, such as in the normal GVD regime. PACS 42.25.Kb; 42.65.Sf; 78.20.Ci