F-函数扩展法求解超介质中的亮孤子和暗孤子

利用F-函数扩展法求解超介质中的超短脉冲传输方程, 探讨了超介质中的反常自陡效应和特有的二阶非线性色散效应所导致的新的孤子现象和规律. 结果表明, 正折射区的二阶非线性色散效应可以代替线性色散效应形成亮孤子; 正、负折射区的反常自陡效应由于其符号可改变, 从而可在特定条件下分别在反常色散和正常色散区形成有别于常规介质的亮、暗孤子; 反常自陡效应的符号或者反常自陡效应和三阶线性色散效应的相互比较关系能够控制亮、暗孤子中心的漂移方向. 关键词： 孤子 超介质 F-函数扩展法     

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。     

负折射介质中超短脉冲的反常分裂现象

对超短脉冲在负折射介质中的传输特性进行了研究,着重分析其不同于常规介质的反常脉冲分裂现象。结果表明:由于负的折射率影响,介质将通过反常群速度色散与自散焦非线性的相互作用机理来诱导脉冲的对称分裂。同时,分析由色散磁导率所导致的可控自陡效应对脉冲分裂的影响,发现负折射介质中正负的自陡效应都会引脉冲非对称分裂。其中负的自陡效导致脉冲裂变后其后沿比前沿高,这与常规介质自陡效应（恒为正）情形相同;而负折射介质正的自陡效应对脉冲分裂影响刚好与前者相反,即裂变后脉冲后沿比前沿低。     

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.     

高阶效应对光纤系统中孤子和艾里脉冲传输特性影响的数值研究

以变系数耦合高阶非线性薛定谔方程为理论模型,采用分步傅里叶方法,讨论了孤子和艾里脉冲在光纤中的传输特性。研究表明三阶色散、自频移和自陡峭效应导致孤子和艾里脉冲所分离出的俘获孤子的中心位置发生偏移,且三阶色散会影响俘获孤子的强度,并讨论了两脉冲的中心位置及强度对艾里脉冲截断系数的依赖关系。     

拉曼散射与自陡峭效应对皮秒孤子传输特性的影响

通过求解包含拉曼增益和自陡峭效应的高阶非线性薛定谔方程, 运用MATLAB模拟了拉曼增益和自陡峭效应共同作用对孤子脉冲在各向同性光纤中传输特性的影响, 结果表明, 自陡峭效应会导致孤子产生时域位移, 而且会使高阶孤子产生孤子分裂现象. 与此同时, 拉曼增益改变了孤子的传输特性, 抑制了自陡峭效应, 从而导致脉冲宽度增大、脉冲偏移程度减弱、高阶孤子分裂成基阶孤子所需的传输距离增大.     

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。     

三阶色散和受激拉曼散射效应对呼吸孤子作用的相互平衡

以高阶复系数Ginzburg-Landau方程为模型,就高阶非线性效应(比如:三阶色散、自陡峭、自频移等)对呼吸孤子传输特性的影响进行了详细的分析,结果表明:当各高阶非线性效应单独作用时,可能会导致呼吸孤子形状的不对称或脉冲中心偏移等现象,但是,当它们共同作用于呼吸孤子时,适当的参数选取可以使它们对呼吸孤子的影响相互抵消,从而使呼吸孤子实现保型传输。     

飞秒孤子传输演化的数值研究

利用分步傅里叶法数值模拟了飞秒孤子在光纤中的传输演化过程。对光纤中单个孤子的传输及二阶孤子的自陡峭效应和自频移效应进行了分析,指出在一定的参数取值范围内,自频移效应对二阶fs孤子传输的影响要比自陡峭效应大,占主导地位,且对自陡峭效应有一定的抑制作用。     

脉冲内拉曼散射影响下的孤子之间的相互作用及其控制

研究了脉冲内拉曼散射效应影响下的同相和反相相邻孤子脉冲之间的相互作用,分析了孤子之间的相互作用对定时抖动的影响和脉冲内拉曼散射效应对孤子频移的影响。研究结果表明:在脉冲内,在拉曼散射效应的影响下,同相基态孤子脉冲的周期性离合被破坏了,两孤子脉冲一次碰撞后一直处于排斥状态,并且在碰撞后自频移现象十分明显;反相孤子脉冲的影响则较弱,两孤子脉冲都向下降沿发生偏移。引入非线性增益可以有效地控制孤子之间的相互作用,抑制自频移效应和稳定孤子传输。     

色散缓变光纤对飞秒基孤子的压缩效应

本文报道飞秒光脉冲在色散缓变光纤中的传输特性研究,首次研究自变陡效应、喇曼自频移效应分别对飞秒弧子压缩的影响。选取色散缓变光纤结构参数,可以得到脉宽为10飞秒的高质量(无底座)的超短光脉冲。     

Localized Optical Waves in Defocusing Regime of Negative-Index Materials

We study optical localized waves on a plane-wave background in negative-index materials governed by the defocusing nonlinear Schrodinger equation with self-steepening effect. Important characteristics of localized waves,such as the excitations, transitions, propagation stability, and mechanism, are revealed in detail. An intriguing sequential transition that involves the rogue wave, antidark-dark soliton pair, antidark soliton and antidark soliton pair can be triggered as the self-steepening effect attenuates. The corresponding phase diagram is established in the defocusing regime of negative-index materials. The propagation stability of the localized waves is confirmed numerically. In particular, our results illuminate the transition mechanism by establishing the exact correspondence between the transition and the modulation instability analysis.     

非自治拉曼多色孤子的管理和传输

以变系数的非自治非线性薛定谔方程为模型,考虑了一种色散、非线性和自发拉曼散射效应管理下的非自治系统,通过简单变换显式给出了该系统的精确非自治拉曼多色孤子解。基于精确孤子解,解析研究了该拉曼多色孤子在非自治管理系统中的演化特性,发现孤子的中心位置、波数与色散和非线性以及拉曼效应有关,而孤子频移仅与拉曼效应的参数决定,拉曼效应主导了非自治孤子的自频移,引起了孤子的频移在传输过程中不断的发生变化,导致了孤子的多色性。另外,我们数值讨论了该非自治孤子的传输稳定性,结果表明:该非自治拉曼多色孤子在有限的扰动下具有较好的稳定性。     

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.     

Dynamics of the Manakov Solitons in Biased Guest-Host Photorefractive Polymer

In the biased guest-host photorefractive polymer, the Manakov equations can be used to describe the optical soliton propagation and interaction. Hereby for such equations, via the Hirota method and symbolic computation, analytic soliton solutions in the bright-dark and dark-dark forms are obtained. Based on the choice of photorefractive polymer parameter and incident-optical-beam parameter, the bright-dark and dark-dark solitons as well as their interaction can occur in the polymer when the total intensity is much lower than the background illumination, and our analysis indicates that the incident light with different polarization directions influence little on the soliton propagation. γ, representing the soliton intensity far away from the soliton center, determines the appearance of bright or dark soliton under the background illumination. Through the graphic and asymptotic analysis on the two-soliton solutions along with the different γ, we find that there exist the elastic and inelastic interactions between the bright-dark solitons, while the interactions between the dark-dark solitons are always elastic.     

Observation of a Raman-induced interpulse phase migration in the propagation of an ultrahigh-bit-rate coherent soliton train

Coherent soliton packets generated in a passively mode-locked fiber laser are transmitted through 23km of dispersion-decreasing fiber. We observe a shift of the phase difference between solitons that is due to intrapulse Raman scattering. We attribute the stability in propagation of these trains to a trade-off between minimizing soliton-soliton interactions by reduction of the pulse width and minimizing this Raman-induced phase migration, which can force the solitons into a deleterious attractive phase relationship. We are thus able to demonstrate the propagation of 177-Gbit/s soliton packets over a distance of 123 soliton periods.