类明孤子在光纤中传输特性的变分研究

应用变分法,研究了微扰对类明孤子在光纤巾非线性传输特性的影响,导出了类明孤子脉冲参量演化的动力学方程。它统一了在单模光纤、色散缓变光纤或色散控制光纤中类明孤子脉冲参量演化的动力学方程。在此基础上,计算了色散缓变光纤中的线性高阶色散微扰。结果表明：线性高阶色散对类明孤子脉冲的位置和相位有影响,而对振幅、宽度和啁啾没有影响;光纤色散缓变对类明孤子脉冲的所有参量均有影响。     

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。     

数值模拟高阶色散和非线性对光孤子传输的影响

光孤子传输中的高阶色散以及高次非线性效应是光纤通讯发展的重要制约因素。从光孤子在光纤中的一般传输方程出发, 在较大的入纤功率的前提下, 综合考虑了高阶色散、五次非线性和损耗因素, 得到其具体传输方程, 并据此从理论上分析了高阶色散和非线性对光孤子传输性能的影响。本文采用分步傅里叶方法, 以MATLAB为实现工具, 实现高阶色散和非线性对光孤子传输影响的模拟计算, 并深入分析了高阶色散和非线性导致的孤子脉冲频移现象。计算结果表明: 在入射功率较大的时候, 高阶色散效应不可忽略。当五次非线性γ2>0时,孤子脉冲主峰发生微小频移; 而当五次非线性γ2<0时, 孤子脉冲主峰基座产生微小频移; 当高阶色散β3>0时频率出现红移, 而当β3<0时, 频率出现蓝移。     

影响光孤子传输的因素分析和可能的解决方案

从光孤子传输所满足的非线性薛定谔方程出发,通过对方程中参数的分析和选择,对影响孤子传输的各种因素采用单独分析和综合分析对比方法得到了两个新的结论:(1)二阶色散参数在不太大的范围内变化只会影响脉冲的幅值,对脉冲形状影响不大,而输入脉冲的啁啾则是使脉冲发生畸变的主要原因;(2)在啁啾、三阶色散和五阶非线性同时存在的情况下,它们对脉冲都会产生很大的影响,且存在相互影响和制约关系,三者在某一参数值附近,对脉冲却存在着增益效应和"整容"作用。针对分析结果从理论上提出了改进光孤子传输特性的解决方案,这对光孤子通信的实践过程是有一定实际意义的。     

五阶非线性克尔效应影响下光脉冲的传输

以变系数五次金兹堡-朗道方程为理论模型,在考虑和忽略五阶非线性克尔效应情况下,分别得到了精确的孤子解和耗散孤子解。数值模拟结果表明,这两类孤子解脉冲在非均匀光纤中都能以光孤子的形式传输。另外,考虑五阶非线性克尔效应时,分析了有微扰时光孤子的传输稳定性和双超短光脉冲相互作用。     

五阶非线性对啁啾超短脉冲间相互作用的影响

基于包含五次复系数的高阶Ginzburg Landau方程为模型,采用分步傅里叶方法数值研究了啁啾类超短脉冲间的相互作用。结果表明:相邻孤子之间的相互作用对五阶非线性效应非常敏感,即使参数改变很小的值,也会改变其传输特性。适当地选择五阶非线性参数值,能够很好地抑制孤子间的相互作用,提高光纤传输的比特率。当相邻孤子的初始间距为6.8,五阶非线性参数值取-0.001时,可以实现2个孤子长距离的保型传输。最后讨论了五阶非线性作用下多孤子之间的相互作用及抑制。     

用变分法研究高阶色散和五阶非线性对高斯脉冲在光纤中传输特性的影响

从修正的非线性薛定谔方程出发,采用变分法,导出了在高阶色散和五阶非线性共同作用情况下高斯型脉冲参量随传输距离的演化方程组;求出了振幅与脉宽、频率与啁啾、脉宽与啁啾之间的三个重要约束关系;并进一步得出了脉宽随传输距离演化的解析解和脉冲中心位置随传输距离的演化规律;描绘了高阶色散和五阶非线性下,脉宽随传输距离演化的图形.结果表明:光纤中的高阶色散和五阶非线性都会影响高斯型脉冲各个参量的演化,但脉宽和振幅间的绝热关系并未改变.高阶色散使高斯型脉冲的脉宽展宽,五阶非线性使高斯型脉冲的脉宽压缩,它们对脉宽或初始啁啾的影响可以在一定程度上抵消,从而有可能使脉冲近似实现保形传输.     

五阶克尔非线性光纤放大器中光脉冲的传输特性

以变系数高阶非线性薛定谔方程为理论模型,对光脉冲在具有五阶非线性克尔效应光纤放大器中的传输特性进行了研究.在加入振幅微扰、相位扰动、噪声微扰的情况下,数值模拟了亮孤波、灰孤波和黑孤波在光纤系统中的传输稳定性,并且讨论了孤子间的相互作用.数值模拟结果表明:在有限的微扰下,三种光脉冲具有良好的传输稳定性.     

光纤损耗对孤子系统传输的影响

利用分步傅立叶法数值求解了包含光纤损耗效应的非线性薛定谔方程,分别仿真模拟了其对亮孤子和 暗孤子脉冲在各向同性光纤中传输特性的影响.结果表明,随着传输距离的增大,光纤损耗导致基阶亮孤子和暗孤 子的峰值功率减小,脉冲加速展宽.而对于高阶孤子,光纤损耗会破坏高阶亮孤子的周期性变化,但对于高阶暗孤子 的影响几乎与基阶暗孤子相同.因此在光纤损耗参数相同的情况下,暗孤子的相对衰减率比亮孤子的相对衰减率 小,故暗孤子比亮孤子更稳定.     

光孤子在色散缓变光纤中传输时的等价增益

从准非线性Ｓｃｈｒ?ｄｉｎｇｅｒ（ＮＬＳ）方程出发，导出了色散缓变光纤中光孤子脉冲传输所满足的与常规光纤中含增益效应等价的ＮＬＳ方程，给出了该方程的微扰解析解和光孤子脉冲宽度演化表达式。对于阶跃型单模光纤，得到了光纤几何参数与增益系数之间的一般函数关系。最后采用数值模拟方法模拟了不同色散缓变光纤中光孤子脉冲传输特性，指出色散缓变光纤不仅能补偿光纤损耗对孤子脉冲的展宽效应，而且能压缩光孤子脉冲，因而预计它可能有较广泛的应用前景。 关键词：     

Rapid numerical difference recurrent formula of nonlinear Schrödinger equation and its application

In this paper, a rapid numerical difference recurrent formula, in which it has been taken that the chromatic dispersion and the nonlinearity act together along each fiber segment, is established in the time domain by applying a Maclaurin expansion to the differential form of the nonlinear Schrödinger equation (NLSE) in the frequency domain. The calculated results by using the established formula are contrasted with the known analytical results and the results of the split-step Fourier method (SSFM) and indicated that the rapid numerical difference recurrent formula is very accurate and more reasonable because it abandons an assumption that the dispersive and nonlinear effects can be assumed to act independently as the optical field propagates over each fiber segment. It has been concluded that the established formula in this paper is a scientific, reasonable and effective numerical method for the study of light pulse propagation in a nonlinear optical medium.     

Exact Solutions to Extended Nonlinear Schrödinger Equation in Monomode Optical Fiber

By using the generally projective Riccati equation method, more new exact travelling wave solutions to extended nonlinear Schrödinger equation (NLSE), which describes the femtosecond pulse propagation in monomode optical fiber, are found, which include bright soliton solution, dark soliton solution, new solitary waves, periodic solutions, and rational solutions. The finding of abundant solution structures for extended NLSE helps to study the movement rule of femtosecond pulse propagation in monomode optical fiber.     

拉曼增益对孤子传输特性的影响

利用考虑拉曼增益效应的非线性薛定谔方程, 在忽略光纤损耗的情况下, 采用基于MATLAB的分步傅里叶数值算法, 得出线性算符和非线性算符具体的表达式, 分步作用于光孤子脉冲传输方程, 仿真模拟了光孤子在光纤中传输时的演变. 与不考虑拉曼增益的光孤子在光纤中传输相对比, 探析了拉曼增益对孤子传输特性的影响.拉曼增益会破坏孤子的传输周期, 导致孤子在光纤中传输时快速衰减, 并且影响程度和输入孤子的脉冲峰值功率大小有关, 拉曼增益对基态孤子和高阶孤子的影响也不相同. 关键词： 拉曼增益 孤子 对称分步傅里叶法 非线性薛定谔方程     

Modulational instability in the cubic-quintic nonlinear Schrödinger equation through the variational approach

The dynamics of nonlinear pulse propagation in an average dispersion-managed soliton system is governed by a constant coefficient nonlinear Schrödinger (NLS) equation. For a special set of parameters the constant coefficient NLS equation is completely integrable. The same constant coefficient NLS equation is also applicable to optical fiber systems with phase modulation or pulse compression. We also investigate MI arising in the cubic-quintic nonlinear Schrödinger equation for ultrashort pulse propagation. Within this framework, we derive ordinary differential equations (ODE’s) for the time evolution of the amplitude and phase of modulation perturbations. Analyzing the ensuing ODE’s, we derive the classical modulational instability criterion and identify it numerically. We show that the quintic nonlinearity can be essential for the stability of solutions. The evolutions of modulational instability are numerically investigated and the effects of the quintic nonlinearity on the evolutions are examined. Numerical simulations demonstrate the validity of the analytical predictions.     

具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲

从麦克斯韦方程组出发 ,推导出了具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输的方程和非线性光纤的折射率。给出了描述具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲在非线性光纤中传输方程的解。研究了在非线性光纤中自相位调制导致具有几个光振荡周期的飞秒激光脉冲频谱展宽 (脉宽压缩 )的详细物理过程。研究了非线性光纤中飞秒光孤子产生的条件     

Pulse Propagation with Self-Phase Modulation in Nonlinear Chiral Fiber and Its Applications

From Maxwell's equations and Post's formalism,a generalized chiral nonlinear Schrodinger equation(CNLSE) is obtained for the nonlinear chiral fiber.This equation governs light transmission through a dispersive nonlinear chiral fiber with joint action of chirality in linear and nonlinear ways.The generalized CNLSE shows a modulation of chirality to the effect of attenuation and nonlinearity compared with the case for a conventional fiber.Simulations based on the split-step beam propagation method reveal the role of nonlinearity with cooperation to chirality playing in the pulse evolution.By adjusting its strength the role of chirality in forming solitons is demonstrated for a given circularly polarized component.The application of nonlinear optical rotation is also discussed in an all-optical switch.     

单模光纤中三阶色散对超短光脉冲传输的影响

基于超短光脉冲在单模光纤中传输时高阶非线性效应的影响。应用非线性薛定谔方程(HONLS)理论,考虑光纤色散三阶效应,推导出无啁啾的高斯脉冲沿光纤传输时脉冲变化的表达式,并对理论结果进行了数值模拟与分析。结果表明,三阶色散会引起光脉冲形状发生畸变,会在其前沿或后沿附近形成非对称的振荡结构。     

色散和非线性效应对高斯脉冲综合影响的理论分析

从光孤子传输所满足的非线性薛定谔方程出发,采用单独分析和综合分析对比,分析了影响高斯脉冲传输的色散、非线性等因素,结果表明：二阶色散参量只会影响脉冲的幅值,对脉冲形状影响不大,而输入脉冲的啁啾则是使脉冲发生形变的主要原因|在啁啾、三阶色散和五阶非线性的共同作用下,它们对脉冲都会产生较大的影响,且存在相互影响和制约作用,在某一临界值,对脉冲存在着较高的压缩增益效应和“整形”作用.从理论上提出了改善高斯光脉冲在光纤中传输特性的解决方案,这对光纤孤子通信的实践过程具有一定的理论借鉴意义.