非線性光纖系統(tǒng)中Peregrine怪波的特性與高功率脈沖的獲取.pdf

1、源自于海洋學(xué)的畸形怪波是光學(xué)領(lǐng)域當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。由于其奇異的特征、費(fèi)解的物理機(jī)制和有意義的應(yīng)用價(jià)值,光學(xué)怪波近幾年才被人們廣泛的關(guān)注。其中基于各種系統(tǒng)下的怪波存在和發(fā)現(xiàn)的研究是一個(gè)主要研究方向。這些不同系統(tǒng)中怪波的特征和產(chǎn)生機(jī)制的研究對(duì)深入認(rèn)識(shí)這一物理現(xiàn)象的本質(zhì)和開(kāi)啟在光學(xué)中新的應(yīng)用性具有重要現(xiàn)實(shí)意義。而近年來(lái),伴隨著脈沖激光器和觀測(cè)技術(shù)的蓬勃發(fā)展,實(shí)驗(yàn)光學(xué)已成為觀測(cè)諸多物理現(xiàn)象的有利平臺(tái)。這其中非線性介質(zhì)中脈沖傳輸實(shí)驗(yàn)是一個(gè)主要的

2、研究?jī)?nèi)容。在理論上,光脈沖在光纖系統(tǒng)中的傳輸可以由(高階)非線性薛定諤方程來(lái)描述。
　　本文主要以非線性薛定諤方程和高階非線性薛定諤方程為基本模型,主要采用解析和數(shù)值相結(jié)合的方法,分別對(duì)Peregrine怪波的形成機(jī)制,行為特性和初始激發(fā),由Peregrine怪波獲取高功率脈沖方法,高功率脈沖傳輸、操控,由有限背景孤子高功率脈沖(串)的獲取等問(wèn)題做了詳細(xì)深入的研究。這些結(jié)果將為進(jìn)一步光學(xué)怪波的實(shí)驗(yàn)獲取和實(shí)用性研究提供理論依據(jù),而且

3、也為超高速、大容量、高功率的光信息傳輸提供了理論指導(dǎo)。同時(shí)在其它的物理領(lǐng)域,例如海洋學(xué),流體力學(xué)、玻色-愛(ài)因斯坦凝聚,等離子體和分子生物等領(lǐng)域也具有重要的參考價(jià)值。
　　本文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)基于Hirota方程的連續(xù)波背景上孤子解,我們討論飛秒脈沖傳播中Peregrine怪波的形成機(jī)制和主要特征。結(jié)果表明,Peregrine怪波的形成存在兩種:一種是連續(xù)波背景的局域,另一種是亮孤子周期化過(guò)程。Pere

4、grine怪波展現(xiàn)了很強(qiáng)時(shí)間和空間的局域性。同時(shí)還討論了Peregrine怪波的各種初始激發(fā),結(jié)果表明,即使是在不滿足 Hirota條件下,也可以利用連續(xù)波背景上小的局域擾動(dòng)來(lái)激發(fā)。最后通過(guò)一個(gè)實(shí)際例子,我們研究了自頻移對(duì)Peregrine怪波動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)不存在自頻移時(shí),它會(huì)分裂為許多小的次波;當(dāng)自頻移不容忽略時(shí),Peregrine怪波不再分裂,呈現(xiàn)出振幅變化增長(zhǎng)的特征。
　　(2)在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通信光纖中,我們討論了三

5、種不同類型的Peregrine怪波的激發(fā),比較了它們產(chǎn)生Peregrine怪波的不同之處,并提出了一種由Peregrine怪波獲取能穩(wěn)定傳輸?shù)母吖β拭}沖的數(shù)學(xué)方法。結(jié)果表明,連續(xù)波背景上的弱脈沖擾動(dòng)可以用來(lái)激發(fā)Peregrine怪波,且由此Peregrine怪波提取的高功率脈沖具有呼吸的傳輸特性。最后還考慮了相鄰高功率脈沖在光纖傳輸中的相互作用。
　　(3)基于非線性薛定諤方程,我們研究利用Peregrine怪波獲取高功率脈沖過(guò)程

6、中的控制性問(wèn)題。利用Peregrine怪波(最大壓縮脈沖)的一個(gè)簡(jiǎn)單初始激發(fā),研究初始擾動(dòng)的功率、脈寬、相位等參數(shù)對(duì)Peregrine怪波(最大壓縮脈沖)的功率、位置和分裂階數(shù)的影響,進(jìn)而操控由此提取的高功率脈沖。在一個(gè)通信光纖模擬系統(tǒng)中,建立一個(gè)由Peregrine怪波提取穩(wěn)健傳輸高功率脈沖的方法。
　　(4)基于高階非線性薛定諤方程,我們調(diào)用Hirota方程的包含高階效應(yīng)參數(shù)的精確Peregrine怪波解,得到一個(gè)新的零背景的

7、Peregrine怪波表達(dá)式。我們研究高階效應(yīng)對(duì)這個(gè)新的零背景的Peregrine怪波特性影響。研究了從新Peregrine怪波提取的一系列提升脈沖的傳輸特性。研究表明,根據(jù)提取位置的不同,從而可以得到不同寬度和強(qiáng)度的呼吸孤子。同時(shí),我們考慮了高階效應(yīng)對(duì)這個(gè)呼吸孤子傳輸?shù)挠绊?。在一個(gè)實(shí)際的高非線性光纖中,呼吸孤子受高階效應(yīng)的作用會(huì)加速地傳輸,討論了它們的穩(wěn)定性。
　　(5)基于非線性薛定諤方程,闡明了三個(gè)特殊的有限背景孤子解各自的