光通信的未来生力军——光孤子通信

 自从1966年英籍华人高锟提出光纤通信的概念以来,光纤通信有了长足的发展,这种以光代电的传输手段是通信史上的一场深刻革命,在信息基础设施方面扮演着重要的角色。20世界90年代以后涌现出了一批极具生命力的光纤通信新技术,如光波分复用、光放大器、光孤子通信等。本文则主要介绍光孤子的产生,光孤子通信系统的构成、部件特点、主要技术和发展现状等。众所周知,在光纤通信中,其传输距离和传输速率受到光纤色散和非线性效应的影响,当色散和非线性效应单独作用时均会限制光通信系统的性能。色散使传输波形展宽,特别是高速传输会引起码元重叠产生误码.     

光纤通信中光孤子的传输特性分析

计算机模拟技术已经广泛应用在教学和科研中,在光纤通信课程教学中引入MATLAB语言,形象的给出光波在光纤中传输的模拟结果,既形象又深刻.以光孤子为例,给出基态孤子,二阶孤子和三阶孤子传输特性以及两个基态孤子的相互作用.     

孤子色散管理传输及其在常规光纤通信中的可行性研究

从描述光纤中孤子脉冲传输的非线性薛定谔（NLS）方程出发，利用对称分步傅里叶方法对方程进行数值求解．研究了色散管理孤子（DMS）在常规光纤中的传输演化特性，分析了色散管理孤子在常规光纤通信系统中的可行性．结果表明，孤子在通过密集周期性搭配具有相反色散系数的光纤中传输，可以降低孤子间的相互作用，使得孤子的传输演化特性得到改善．利用色散管理来对常规光纤中光孤子脉冲之间的相互作用加以抑制，从而提高信息传输的比特率，但必须具有特殊的光纤制造工艺．     

理论物理研究与光纤通信新概念探索

文章从光纤通信的基本概念出发，介绍了新一代光纤通信系统———光孤子通信系统研究中与物理学有密切关系的一些方面，并结合作者近年来的探索性工作，较深入地讨论了这一首例非线性通信系统的关键问题，提出了孤子信道的ＲＬＬ（ｒｕｎｌｅｎｇｔｈｌｉｍｉｔｅｄ）编码和孤子－混沌通信的概念，并重点介绍了光孤子－呼吸子通信的基本思想和主要结果．     

利用相位共轭与色散配置实现具有大占空比和大放大器间隔的长距离光孤子传输

在用光纤放大器补偿损耗的光纤传输线中，用负色散光纤与正色散光纤或色散补偿器件交叉配置，并使传输线中光纤的有效色散适当大于（与平均孤子对应的）理论值，同时在传输线中周期地使用相位共轭器，可以在把放大器间隔提高到与常规光纤通信相同的条件下有效地削弱孤子之间的互作用。本文对实现速率为２５Ｇｂｉｔ／ｓ、占空比为１／２、光放大器间隔为１００ｋｍ、传输距离大于６０００ｋｍ的光孤子传输作出了数值论证     

孤立子及其相互作用的初等分析

用较简捷而直观的试探解法几种典型的孤立子方程（ＫｄＶ方程，Ｔｏｄａ晶格波方程，ＳＧ方程与ＮＬＳ方程）求得单孤子解和两孤子解，以说明孤子及孤立子间相互作用的特点，并讨论了物理意义。     

利用相位共轭与色散配置实现具有大占空比和大放大器间隔的长距离光孤…

在用光纤放大器补偿损耗的光纤传输线中，用负色散光纤与正色散光纤或色散补偿器件交叉配置，并使传输线中光纤的有效色散适当大于理论值，同时在传输线中周地使用相位共轭器，可以在把放大器间隔提高到与常规光纤通信相同的条件下有效地削弱孤子之间的互作用。本文对实现速率为２５Ｇｂｉｔ／ｓ，占空比为１／２，光放大器间隔为１００ｋｍ、传输距离大于６０００ｋｍ的光孤子传输作出了数值论证。     

光孤子脉冲在增益色散和增益饱和非线性介质中的传播

本文获得了增益色散和增益饱和非线性介质中的光孤子脉冲的解析解。数值计算结果表明,在这类介质中光孤子脉冲传输是可能的,然而由于波传输的内禀特性,这种稳定传输被限制在较短的距离内。在高能量脉冲注入的情况下,光孤子脉冲将分裂为不同传输速度的多个光脉冲。     

光孤子与光纤孤子通信

 在信息高度发达的今天,如果提及光纤通信,您一定知道这是一项具有美好前景的新兴通信技术,是２０世纪最重要的科技成就之一,它利用激光作为传递信息的载波,其通信容量比用无线电波要大得多;光导纤维（简称光纤）是利用全反射现象制成的用来传光的透明玻璃或塑料纤维,其直径在几微米到几十微米之间;也许您还能如数家珍地列出光纤通信所具有的抗干扰性好、传输损耗小、传输距离远、保密性强、重量轻、能节省金属材料等诸多优点。但是,如果谈及新型光纤通信──光纤孤立子通信（简称光纤孤子通信）,您也许知道得并不多。下面笔者就此问题作一简要介绍。     

强非局域介质中的二维自相似孤子波

利用自相似方法研究了强非局域介质中的二维孤子波,得到了强非局域薛定谔方程的精确自相似解.该解可以用惠克斯函数米描述.研究表明,在该种介质中存在孤子群,以自相似的方式传输,通过选择光孤子参数,高阶光孤子可以存在不同的形式,如高斯光孤子族、涡旋光孤子族、对称性单层光孤子族和多层光孤子族、不对称单层光孤子族和多层光孤子族.通过数值模拟,进一步证明孤子群在传输过程中的稳定性.     

带弱"平台"皮秒光孤子的数值研究

通过数值求解变系数非线性薛定谔方程,发现光纤系统对带有弱“平台”的皮秒光孤子有独特的传输特性。在常参数光纤系统中,这种光孤子体现“呼吸”特性,而在特殊的分布参数光纤系统中,则能较平稳地传输。     

主动光纤

光纤通信领域中引起人们广泛关注的物理问题是光纤中的非线性效应，其中包括光纤受激喇曼散射和布里渊散射（ＢＳＲＳ，ＢＳＢＳ）、光纤克尔效应（ＢＫＦ）、光纤四波混频（ＢＦＷＭ）、光纤自相位调制（ＢＳＰＭ）与光孤子（Ｓｏｌｉｔｏｎ）效应等．这些效应赋予光纤以“主动性”，为其开辟了广阔的重要应用前景．本文从这些效应的基础─—耦合波方程出发，简明地阐述了它们的物理机制，并给出了一些有实际意义的重要结果，包括ＢＳＢＳ和ＢＳＲＳ的增益Ｇ、有效光纤长度Ｌ以及它们的临界功率ＰＢｃ和ＰＲｃ，ＢＫＦ的偏振特性，ＢＳＰＭ的临界功率 Ｐｃ，ＢＦＷＭ的相位匹配条件和新方法等等．文中还对这些效应在光放大等方面的应用以及目前的水平等作了概要介绍．     

双折射光子晶体光纤中超连续谱产生的实验研究

研究了30 fs激光在双折射光子晶体光纤中传输时,泵浦光功率和偏振态对超连续谱产生的影响。实验结果表明:随着泵浦光功率增加,光谱宽度显著增加,出现红移的光孤子和蓝移的色散波;当泵浦光的偏振态分别平行于光子晶体光纤长轴和短轴时,二者都有红移的光孤子和蓝移的色散波,但前者色散波波长更短;当泵浦光偏振态介于长轴与短轴之间,可能在色散波之外出现了交叉相位波,产生的超连续谱最强,且其近场光斑最大且最亮。     

平板波导中正交极化的双光束的“互陷”传输

利用变分法和数值模拟的方法研究了克尔型自聚焦介质平板波导中正交极化、中心重合的双光束的传输规律，得到了两光束做类孤子的“互陷”传输的条件，分析了在平板波导的线性双折射为零以及不能忽略的两种情况下“互陷”传输的特点.结果发现“互陷”传输的光束与严格意义的矢量空间孤子之间存在本质的不同. 关键词： 空间光孤子 矢量空间孤子 互陷传输 临界功率     

加外电场的光伏光折变晶体中的空间孤子波

证明了在加外电场的光伏光折变晶体中存在着明、暗稳态空间孤子波.它源于对外电场的非均匀空间屏蔽和光伏效应.同已报道的稳态光折变空间孤子相比，它具有不同的特性和物理根源.当外电场足够强时，它类似于屏蔽孤子；当外电场为零时，它退化成闭路条件下的光伏孤子. 关键词：     

在光纤零群速色散区传输的光孤子波

通过对超短光脉冲在单模光纤中传输方程的分析研究,给出了在零群速色散传输方程的亮,反波解。结果表明,超短光脉中在光纤的零群群速色散仍能以亮,暗孤波的形式传输,且不存在孤子自频移现象。     

由透射波的摇摆曲线求GaAs中Ga的反常散射因数

利用同步辐射光，在对称Ｌａｕｅ情况下，于Ｇａ的Ｋ吸收限附近，测定了ＧａＡｓ（２００）的衍射波和透射波的摇摆曲线．通过测定的透射波的摇摆曲线和Ｘ射线衍射动力学理论的相应计算结果的定量比较，求得ＧａＡｓ中的Ｇａ原子在其Ｋ吸收限附近的反常散射因数 关键词：     

有偏压的光伏光折变晶体中的空间灰孤子

修正和完善了有偏压的光伏光折变晶体中空间孤子的非线性波动方程的理论.当光伏效应可忽略时,它转化为屏蔽孤子的非线性波动方程;当外电场为零时,它转化为闭路和开路光伏孤子的非线性波动方程.证明了有偏压的光伏光折变晶体中存在着空间灰孤子.它起源于对外电场的非均匀空间屏蔽和光伏效应.当光伏效应可忽略时,它转化为屏蔽灰孤子;当外电场为零闭路时,它预言了在光伏光折变晶体中存在着光伏灰孤子.     

非局域非线性介质中的拉盖尔-高斯涡旋呼吸子和涡旋光孤子

在圆柱坐标系下,利用分离变量的方法求得了非局域克尔介质中拉盖尔-高斯光束传输的精确解析解。当输入功率等于临界功率时,光束演变为拉盖尔-高斯涡旋光孤子,是一种旋转的多环光孤子;当输入功率接近于临界功率时,光束在传输过程中形成拉盖尔-高斯涡旋呼吸子。结果表明,低阶的拉盖尔-高斯孤子呈现中空多峰亮环分布。     

强非局域介质中基于古依相位的旋转涡旋光孤子

利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的修正Snyder-Mitchell模型讨论了两束共线(即光束中心和传输方向都相同)拉盖尔-高斯型光孤子(CLGS)构成的涡旋光孤子传输过程。在一定条件下,涡旋光束在传输过程中,光束截面光斑发生旋转现象,但光束的束宽保持不变,称之为旋转涡旋光孤子。涡旋光孤子旋转的现象可以通过叠加光场中的古依相位来解释。结果展现了几个旋转涡旋光孤子在传输过程中的旋转现象和强非局域介质中多环形旋转涡旋光孤子的传输。