發(fā)布時間：2020-05-05 16:42

【摘要】：非線性局域波動力學作為非線性科學的重要分支之一,近些年成為備受關注的熱點研究課題。尤其是非線性局域波在高信道速率光孤子通信、激光鎖模、超快光學、高能量脈沖產(chǎn)生、超連續(xù)光譜產(chǎn)生以及頻率梳等領域的廣泛應用將非線性局域波的研究推向了新的高潮�；镜木钟虿òü伦�、呼吸子以及怪波。孤子是具有穩(wěn)定傳輸特性的一類局域波,其既具有粒子性又具有波動性。怪波是一類具有“高能量短壽命”的局域波,其通常表現(xiàn)為來無影去無蹤,而且最高峰值遠高于背景。呼吸子是一類具有呼吸特點的局域波結(jié)構(gòu),它跟背景之間存在周期性的能量交換�？茖W家們在該領域進行了大量的研究并取得了顯著的研究成果,但還有一些問題沒有得到徹底解決需要進一步的研究和探討,例如局域波的物理產(chǎn)生機制、不同局域波之間的相互作用規(guī)律以及不同局域波之間的內(nèi)在聯(lián)系等等。本文立足于已有的理論和實驗結(jié)果,利用解析和數(shù)值相結(jié)合的方法,探索孤子激發(fā)的新模式,研究怪波和呼吸子之間的相互作用,揭示怪波與孤子之間的態(tài)轉(zhuǎn)換特征并分析了它們的轉(zhuǎn)換機制。主要內(nèi)容如下:(1)在非線性單模光纖中研究了呼吸子和怪波之間的相互作用。采用標準的非線性薛定諤方程來描述該系統(tǒng),并通過達布變換等方法構(gòu)造了模型的精確解�；诰_解我們詳細研究了初始相對相位和相對位置偏移量對相互作用結(jié)果的影響。結(jié)果顯示,只要初始相對位置偏移量和相對相位二者之一非零,高階怪波的聚合結(jié)構(gòu)就會被呼吸子“沖散”,這可以實現(xiàn)對高階怪波最大振幅和時空分布的有效控制從而降低怪波的破壞力。我們還定性的呈現(xiàn)了Kuznetsov-Ma呼吸子和高階怪波之間的排斥效應,其隨著初始相對位置偏移量的增大而減弱。呼吸子和怪波之間的相互作用特性被局域波峰和谷的軌跡很好的描述,軌跡分析表明局域波之間的相互作用可以從根本上改變參與相互作用局域波的動力學性質(zhì)。這些研究結(jié)果為怪波的有效控制提供了理論思路。(2)研究不同階數(shù)的高階色散和高階非線性等高階效應給局域波動力學帶來的影響。鑒于帶四階效應光學系統(tǒng)調(diào)制不穩(wěn)定增益分布的特殊性,我們在該系統(tǒng)中研究了怪波與孤子之間的態(tài)轉(zhuǎn)換,分析了怪波從調(diào)制不穩(wěn)定區(qū)過渡到調(diào)制穩(wěn)定區(qū)發(fā)生態(tài)轉(zhuǎn)換的特征。結(jié)果顯示該模型中的態(tài)轉(zhuǎn)換與其他模型有很大的不同,不同構(gòu)型的怪波結(jié)構(gòu)在不同調(diào)制穩(wěn)定區(qū)發(fā)生態(tài)轉(zhuǎn)換得到了很多新穎的局域波結(jié)構(gòu)�？偨Y(jié)系統(tǒng)調(diào)制不穩(wěn)定性增益分布和局域波結(jié)構(gòu)之間的對應關系可以得到如下的一般規(guī)律:在兩側(cè)穩(wěn)定線上轉(zhuǎn)換為非對稱的局域波結(jié)構(gòu),而且在左右兩側(cè)態(tài)轉(zhuǎn)換得到的局域波結(jié)構(gòu)成鏡像對稱式,隨著兩條穩(wěn)定線的逐漸靠近,局域波的非對稱度逐漸降低,當兩條穩(wěn)定線相交時,怪波在交點處轉(zhuǎn)換為對稱的局域波結(jié)構(gòu)。對比左右兩側(cè)穩(wěn)定區(qū)的態(tài)轉(zhuǎn)換特征,我們發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象,調(diào)制不穩(wěn)定性增益分布的“鏡像對稱特性”與在對應區(qū)域態(tài)轉(zhuǎn)換得到的局域波結(jié)構(gòu)的對稱特性剛好吻合。這從另一個側(cè)面佐證了調(diào)制不穩(wěn)定性和非線性激發(fā)之間的一一對應關系,加深了我們對調(diào)制不穩(wěn)定和非線性激發(fā)之間關系的理解。另外,我們通過局域波峰和谷的軌跡以及峰和谷值的演化,形象的刻畫了各種局域波結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律。我們在具有五階效應的光學系統(tǒng)中討論了多峰孤子的激發(fā)和態(tài)轉(zhuǎn)換問題。我們展示了該系統(tǒng)中豐富的非線性激發(fā)并明確的給出了它們的激發(fā)條件。我們重點研究了對稱和非對稱多峰孤子之間的態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律,結(jié)果顯示初始的相位調(diào)制能夠誘導二者之間的轉(zhuǎn)換,并精確給出了轉(zhuǎn)換條件。這對建立對稱和非對稱多峰孤子之間的聯(lián)系,深入理解多峰孤子的動力學性質(zhì)具有重要的意義。(3)基于擁有兩個正交偏振態(tài)的指數(shù)衰減光纖研究了平面波背景上孤子的激發(fā),發(fā)現(xiàn)了一種新的孤子激發(fā)模式,即在平面波背景上通過一個弱調(diào)制得到了一種新型的孤子結(jié)構(gòu)  非對稱單峰孤子,還提供了一種通過調(diào)節(jié)背景頻率來有效控制孤子對稱度的理論方案。另外,我們還研究了非對稱孤子的頻譜特征,發(fā)現(xiàn)其擁有“非對稱間斷譜”。這豐富了孤子的結(jié)構(gòu),為實驗上得到非對稱結(jié)構(gòu)的單峰孤子提供了理論參考。
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O437;TN253

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 蔡炬,楊祥林;光孤子通信技術的現(xiàn)狀與未來[J];半導體光電;2003年01期

相關博士學位論文 前2條

1 劉沖;光學局域波態(tài)轉(zhuǎn)換和相互作用的理論研究[D];西北大學;2016年

2 趙立臣;玻色-愛因斯坦凝聚體中的孤子、怪波等局域波研究[D];中國科學技術大學;2013年

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本文編號：2650455