几类新的可积非线性色散项方程及其孤立波解

在不同系统参数下,通过Painlevé分析, 获得了广义修正Dullin-Gottwald-Holm方程中几类新的可积模型. 利用自动Backlund变换,得到了这几类可积模型的孤立波解. 关键词： Painlevé分析 广义修正Dullin-Gottwald-Holm方程 可积模型     

四阶色散非线性薛定谔方程的明暗孤立波和怪波的形成机制

本文研究了四阶色散非线性薛定谔方程的明暗孤立波和怪波的形成机制,该模型既可以模拟高速光纤传输系统中超短脉冲的非线性传输和相互作用,又可以描述具有八极与偶极相互作用的一维海森堡铁磁链的非线性自旋激发现象.本文首先通过对四阶色散非线性薛定谔方程的相平面分析,发现由其约化得到的二维平面自治系统具有同宿轨道和异宿轨道,并在相应条件下求得了方程的明孤立波解和暗孤立波解,从而揭示了同异宿轨道和孤立波解的对应关系;其次,基于非零背景平面上的精确一阶呼吸子解,给出了呼吸子的群速度和相速度的显式表达式,进而分析得出呼吸子的速度存在跳跃现象.最后,为了验证在跳跃点处呼吸子可以转化为怪波,将呼吸子解在速度跳跃条件下取极限获得了一阶怪波解,从而证实怪波的产生与呼吸子速度的不连续性有关.     

暗怪波的相互作用

以耦合非线性薛定谔方程为理论模型,数值研究了两个一阶暗怪波在正常色散单模光纤中的相互作用.基于一阶暗怪波精确解,采用分步傅里叶数值模拟法,从间距、相位差和振幅系数比方面讨论相邻两个一阶暗怪波之间的相互作用.基于二阶暗怪波精确解,讨论了两个一阶暗怪波的非线性相互作用.研究结果表明:同相位情况下,间距参数T1为0、5、20时,相邻两个一阶暗怪波相互作用激发产生“扭结型”暗怪波.相比较于单个暗怪波发生能量的弥散,“扭结型”暗怪波分裂形成多个次暗怪波.反相位情况下,间距参数T1为2、7、12时,相邻两个一阶暗怪波相互作用也可以激发产生“扭结型”暗怪波.并且“扭结型”暗怪波初始激发的空间位置偏离原始单个暗怪波的位置5.振幅系数比越大,该空间位置越接近5.二阶暗怪波可以看作是两个一阶暗怪波的非线性叠加,复合型和三组分型二阶暗怪波与相邻两个一阶暗怪波的相互作用略有相似.     

一类五阶非线性演化方程的新孤波解

利用齐次平衡法给出了一类较广泛的五阶非线性演化方程的孤波解，数学物理中著名的Kaup-Kupershmidt方程、Caudrey-Dodd-Gibbon-Sawada-Kotera方程和五阶Korteweg-de-Vries方程等都可作为该方程的特殊情形而得到相应的孤波解. 关键词：     

可积模型中孤子相互作用的研究

从可积模型的双线性形式出发,可以得到关于方程场变量或某种势所存在的所有方向都是指数局域的dromion解或除一个方向外指数衰减的“Solitoff”解.以(1+1)维和(2+1)维KdV类型方程为例,对孤子(dromions或“Solitoff”)间的相互作用进行了详细的研究,发现孤子间的相互作用规律与方程的维数和类型无关.只要方程的多孤子解形式符合Hirota标准形式(所有耦合系数均不为零),孤子之间的碰撞是弹性的,否则就是非弹性的 关键词： 可积模型 孤子相互作用 双线性方法     

高阶效应对怪波传输的影响

求出高阶Hirota方程在可积条件下的一种精确呼吸子解,并在解的基础上得到Hirota方程的一种怪波解。从怪波解的形式和图形中深刻认识到怪波的两个特征——时空局域性和高能量特点,认识到怪波产生的物理机制——平面波和其他波的叠加。利用分布傅立叶方法数值研究了怪波在考虑自频移和拉曼增益时的传输特性,自频移使怪波中心发生偏移,拉曼增益使怪波分裂得更快;数值模拟了怪波之间的相互作用特点——随着怪波之间距离的减小,怪波将合二为一,成为一束怪波,之后再分裂,并分析了拉曼增益和自频移对怪波相互作用的影响。     

一类非线性色散方程中的新型奇异孤立波

研究一类非线性色散广义DGH方程的新型奇异孤立波及其Painlevé可积性.利用Painlevé分析发现当对流项强度m=2时广义DGH方程是可积的,这是一个新的可积方程.通过构造新的变量代换以及auto-Backlund变换获得该方程丰富的奇异孤立波解,如紧孤立波（compacton）、尖峰孤立波（peakon）、新型带尖点的双孤立波和带爆破点的双孤立波等. 关键词： 非线性色散方程 可积性 奇异孤立波     

浅水体系中的多孤立波

形式分离变量法被推广应用于寻求不可积模型的多孤立波解.特别地,应用形式分离变量法于三个描述浅水体系的非线性方程:推广WhithamBroerKaup(WBK)方程、2+1维耦合KortewegdeVries(KdV)方程和1+1维耦合KdV方程,给出了这些体系的明显的解析的多孤立波解 关键词： 浅水体系 多孤立波 形式分离变量法 不可积模型     

自陡峭和拉曼增益对啁啾Peregrine怪波传输特性的影响

本文基于高阶非线性薛定谔方程,数值研究了自陡峭效应和拉曼增益对啁啾Peregrine怪波传输特性的影响。结果发现,随着自陡峭效应的增强,啁啾Peregrine怪波的分裂变得不再规则,且分裂后脉冲中心位置发生偏移;拉曼增益效应的增加会导致啁啾Peregrine怪波分裂后一侧子脉冲的峰值功率增加明显。     

高阶非线性效应对极大压缩脉冲动力学的影响

基于Hirota方程的Peregrine解,讨论光学传输系统中Peregrine怪波的动力学行为,研究了高阶非线性效应对极大压缩飞秒脉冲动力学的影响。结果表明从极大压缩脉冲提取的高功率飞秒脉冲能够在光纤中稳定地传输。这给高功率脉冲的稳定传输提供了一个理论依据,具有非常重要的实际意义。     

空间位移PT对称非局域非线性薛定谔方程的高阶怪波解

利用Kadomtsev-Petviashvili(KP)系列约束方法和双线性方法,构造了空间位移宇称-时间反演(PT)对称非局域非线性薛定谔方程的高阶怪波解.任意N阶怪波解的解析表达式是通过舒尔多项式表示的.首先通过分析一阶怪波解的动力学行为,发现怪波的最大振幅可以大于背景平面三倍的任意高度.分析了对称非局域非线性薛定谔方程中的空间位移因子x₀在一阶怪波解中的影响,结果表明其仅改变怪波中心的位置.另外,研究了二阶怪波解的动力学行为以及怪波模式,然后给出了N阶怪波模式与N阶怪波解的解析表达式中参数之间的关系,进一步展示了高阶怪波的不同模式.     

强场与二能级系统的相互作用方程及其解析解

本文提出未作旋波近似下导出的广义光学Bloch方程来描述强激光场与二能级原子系统的相互作用.用迭代解法求得了该方程的一阶近似解,并由此得出了感应跃迁几率随时间变化的解析表达式,它与从含时Schr(?)dinger方程的幂级数解和数值积分解所得的结果一致,但解的形式简明,便于物理上应用.     

四阶非线性薛定谔方程中呼吸子解的特性研究

基于同时包含四阶色散项和四阶非线性项的非线性薛定谔层级结构的四阶可积方程(LPD方程),首先利用达布变换法得到LPD方程的单呼吸子解,并对呼吸子的动力学特性进行研究,得到呼吸子与W型孤子、抖动的W型孤子和周期波的转换关系;其次,借助达布变换的递推关系得到LPD方程的双呼吸子解,并利用呼吸子与孤子之间的转换关系,研究呼吸子与孤子以及呼吸子与周期波的碰撞特性;最后,对双呼吸子的碰撞特性进行更为详细的研究,得到双呼吸子的交叉碰撞、平行叠加及双呼吸子的简并态等动力学特性。     

Hirota方程的怪波解及其传输特性研究

求出了高阶Hirota方程在可积条件下的一种精确呼吸子解,并基于此呼吸子解得到了Hirota方程的一种怪波解.在此怪波解的基础上研究了怪波的激发,发现对平面波进行周期性扰动可以激发怪波,对平面波进行高斯扰动可以更快地激发怪波,还可以直接在常数项上增加高斯扰动激发怪波.作为一个实例,采用分步傅里叶方法数值研究了在考虑自频移和拉曼增益时怪波的传输特性,自频移使怪波中心发生偏移,拉曼增益使得怪波分裂得更快,而且拉曼增益值越大怪波分裂得越快,但是拉曼增益对怪波的峰值强度没有明显影响.最后数值模拟了相邻怪波之间的相互作用特点,随着怪波之间距离的减小,怪波将合二为一,成为一束怪波,之后再分裂,并分析了拉曼增益和自频移对怪波相互作用的影响.     

一类高阶非线性波方程的李群分析、最优系统、精确解和守恒律

本文运用李群分析的方法研究了一类高阶非线性波方程,得到了五阶非线性波方程的对称以及方程的最优系统,进而运用幂级数的方法,求得了方程的精确幂级数解.最后,给出了五阶非线性波方程的一些守恒律.     

长短波相互作用方程的Jacobi椭圆函数求解

推广了Jacobi椭圆函数展开方法,研究了复非线性演化方程组的求解问题,得到了长短波相互作用方程的准确包络周期解.该结果在一定条件下包含了相应的孤波解. 关键词： Jacobi椭圆函数方法 长短波相互作用方程 孤波解     

带有分数阶热流条件的时间分数阶热波方程及其参数估计问题

研究了Caputo导数定义下带有分数阶热流条件的一维时间分数阶热波方程及其参数估计问题.首先,对正问题给出了解析解;其次,基于参数敏感性分析,利用最小二乘算法同时对分数阶阶数α和热松弛时间τ进行参数估计;最后对不同的热流分布函数所构成的两个初边值问题,分别进行参数估计仿真实验,分析温度真实值和估计值的拟合程度.实验结果表明,最小二乘算法在求解时间分数阶热波方程的两参数估计问题中是有效的.本文为分数阶热波模型的参数估计提供了一种有效的方法.     

非线性波方程尖峰孤子解的一种简便求法及其应用

根据尖峰孤子解的特点,提出了一种待定系数法求非线性波方程尖峰孤子解的思路和方法,并利用该方法求解了5个非线性波方程,即CH（Camassa-Holm)方程、五阶KdV-like 方程、广义Ostrovsky方程、组合KdV-mKdV方程和Klein-Gordon方程,比较简便地得到了这些方程的尖峰孤子解.文献中关于CH方程的结果成为本文结果的特例.通过数值模拟给出了部分解的图像.简要说明了非线性波方程存在尖峰孤子解所须满足的特定条件.该方法也适用于求其他非线性波方程的尖峰孤子解. 关键词： 非线性波方程 尖峰孤子解 待定系数法     

利用Miura型不可逆变换得到高维可积模型

寻找高维可积模型(特别是3+1维可积模型)是非线性物理中的一个非常重要的问题.建立了一 种利用不可逆形变关系系统寻求高维可积模型的方法.不可逆形变既可以使可积模型成为不 可积模型,也可以使不可积模型成为可积模型.利用一种不可逆的Miura型形变关系和线性波 动方程,得到了一个非平庸的Painlevé可积的高维非线性模型. 关键词： 高维可织模型 不可逆形变 波动方程 Miura型变换     

扩展的(2+1)维浅水波方程的尖峰孤子解及其相互作用

利用改进的 Riccati方程映射法和变量分离法, 得到了扩展的(2+1)维浅水波方程的变量分离解(包括孤波解, 周期波解和有理函数解). 根据得到的孤波解, 构造出了方程的几种不同形状的尖峰孤子结构, 研究了孤子的相互作用.