光孤子传输特性研究
光纤通信中光孤子的传输特性分析
非线性 的作 用 ； 两 部 分 相乘 得 到 传 输距 离 ｈ的 近 似解 结 果 。分 步 傅 里 叶 变 换 的 数 学 表 达 式 为
（ ３ ） 式，
一
＋ ＋ ｉ券一 ｉ ７ Ｉ Ａ １ ２ Ａ
上 — ａ ａ Ａ
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（ Ｄ ＋ ） 【 ，
（ ３ ）
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图 ６ 初 始 的两 个 基 态 孤 子
１ 阶 光孤 子演变
动； 另一 方 面 ， 将 ＭＡＴＬ ＡＢ制 作 的 图像 ， 适 当地 引入 到课 程 的电子 教 案 里 演示 ， 不但 能 将 复 杂 的
物 理现象 变得 具体 生 动 ， 而 且 能 让 学生 对 非 线 性
方程 的求 解方法 有 一 定 的 了解 ， 同 时还 能 激 发 学
＝＝＝
ｉ ｙ Ｐ 。 ｌ 己 ， ｌ ， 表示光纤中的非线性效应。 此时
散， ， 分别 为二 阶和 三阶色 散 系数 ， ｙ 为 非线 性
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ６ — ０ ５
通过 分 步 傅 里 叶 变 换 法 的 思 想 ， 在 前 半 段 距 离
基金项 目：国家 自然科学基金（ １ １ １ ０ ４ ２ ０ １ ） ； 天津工业大学大学物理教学 团队（ ２ ０ １ ０ 一 ｃ ＿ １ ８ ）
ｄ
６ ａＴａ
式中： Ａ（ ｚ ， ｒ ）为 光 场 的 复 振 幅 ， ｉ为 虚 数 单 位 ， Ｔ一 ￡ 一 卢 为时 间 参 量 ； 一 ， Ｖ ｇ是 群 速 度 色
其 中 ， Ｄ 是 线 性 算 子 ， Ｄ 一 一 ｚ 茅＋ 吉 杀，
表示 光纤 中的 色散 和损 耗 ， 是 非线 性 算 子，
光孤子传输特性研究综述
出利 用 光孤 子 实 现 光纤 通 信 以来 ， 国 内外 的科 学家 和丁 程 师 们 都 对 此 进 行 了 深 入 的 理 论 和 实 验 研 究¨ 。近几 年来 ， 光孤 子 通 信研 究不 断 取 得 突破 性 进展 ， 系统 试 验不 断 深 化 。美 、 日、 英 等 国都 建 立 了
（ Ｄ ｅ ｐ ｔ ．ｏ ｆ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ＆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｑ ｉ ａ ｎ ｎ ａ ｎ Ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ， Ｄ ｕ ｙ ｕ ｎ ５ ５ ８ ０ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｆ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ， ｉ ｆ ｖ ｅ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｎ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｉ ｔ ｙ，ｓ ｏ ｌ ｉ ｔ ｏ ｎ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ， ｓ ｏ ｌ ｉ ｔ ｏ ｎ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｌ ｉ ｔ ｏ ｎ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｏ Ｆ Ｉ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｏ ｌ ｉ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｏｒ ｆ ｍａ ｌ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｇ ｉ ｖ —
光弧子论文.
题目：光孤子传输特性的分析学院：信息学院专业：通信工程姓名：XXX指导教师：***完成日期：XXXX/X/XX摘要现实世界中的光孤子是在光纤中经过长距离的传播以后，脉冲宽度仍然保持不变的光脉冲。
光孤子是在光纤中的非线性效应与群速度色散共同作用时处于平衡态时产生的。
光孤子通信是使用光孤子作为载体的一种通信方式，光孤子通信技术是一种全新光纤通信技术，其具有高速、容量大、传输距离远等特征。
光孤子通信技术基于非线性光学的理论基础,通过降低或克服光纤中的色散效应以降低在传输过程中对光信号限制，可传输信号至数万公里以外。
然而现实中的光纤通信技术却不是这么理想的，这种通信技术受到多方面的影响，导致其传输特性和传输容量达不到预期值。
影响光孤子通信的因素主要有两方面：一是光纤介质，如损耗、色散等；二是非线性效应，如自相位调制(SPM)等。
本文在研究光孤子传输特性中主要做了以下几个方面的工作：1、本论文首先介绍了光孤子的概念，并对其产生机理进行了分析，讨论了其传输的线性特性和非线性特性；建立了孤子包络传输方程；2、本文采用了分步傅里叶变换和逆散射法两种方法对孤子传输方程进行了求解并进行了比较分析；3、列举了影响孤子传输的因素并逐一对其进行了分析并提出了改进方法。
关键词：光孤子；传输特性；光孤子通信系统AbstractIn the real world is optical solitons in optical fiber after long distance transmission, optical pulse pulse width stays the same. Nonlinear effect of optical solitons in optical fiber and group velocity dispersion interaction in the equilibrium state. Optical soliton communication is to use a kind of optical soliton as carrier communication, optical soliton communication technology is a new optical fiber communication technology, it has the characteristics such as high speed, large capacity, long transmission distance. Optical soliton communication technology based on the theory of nonlinear optics, by reducing or overcoming the dispersion effect in the optical fiber to reduce during transmission limit, optical signals can transmit signal to tens of thousands of kilometers away. Optical fiber communication technology in the reality, however, is not so ideal, this kind of communication technology under the influence of various, its transmission characteristics and transmission capacity can not meet the expected value. The influencing factors of optical soliton communication mainly has two aspects: one is optical fiber media, such as loss, dispersion, etc.; Second, nonlinear effects, such as the self-phase modulation (SPM). Based on the study of optical soliton transmission characteristics mainly done the following several aspects：1. this paper first introduces the concept of optical soliton, and its mechanism are analyzed, and discussed the linear and nonlinear characteristics of transmission; The equations of soliton envelope transmission;2.In this paper, by using the fractional Fourier transform and inverse scattering method of soliton transmission equation of the two methods to solve and compare the analysis;3.Lists the influence factors of soliton transmission and one by one for analysis and improvement methods are put forward.Key words:optical soliton; transmission characteristics;the optical soliton communication system目录摘要 (I)序言 (1)一、光孤子概述 (2)1. 光孤子 (2)2. 光孤子的产生机理 (2)2.1 光纤中的线性特性 (2)2.2 光纤的非线性特性 (4)3. 光纤中光波的包络方程 (5)4. 光孤子传输系统的技术参数 (7)L (7)4.1 色散长度D4.2 孤子周期Z (7)4.3 归一化损耗 (7)二、非线性薛定谔方程的解 (7)1. 分步傅里叶变换法求解 (7)2.逆散射方法（IST）求解 (9)2.2.1 逆散射方法的基本思路 (9)2.2.2逆反射变换方法的关键 (11)3.分析讨论 (12)三、影响光孤子传输性能的因素 (12)1. 孤子间的相互作用 (12)3.1.1孤子间相互作用分析 (12)3.1.2孤子相互作用的抑制 (15)2. 初始啁啾 (17)3. 高阶非线性效应与高阶色散 (19)4.本章小结 (21)四、总结 (21)1. 结论与启示 (21)2. 建议 (22)参考文献 (23)致谢 (24)序言社会的发展导致人们的生活与信息密不可分，人们对信息的需求使得现在的技术无法满足这种需求，这种现象近几年特别明显。
光孤子传输特性研究
光孤子传输特性研究随着现代通信技术的不断发展，光通信已经成为了广泛使用的通信手段，然而在光通信领域，如何提高信号传输效率和稳定性成为了研究的重点。
在这种背景下，光孤子传输技术的研究成为了一个备受关注的话题。
本文将详细探讨光孤子传输特性的研究现状和发展趋势。
一、什么是光孤子传输光孤子传输是一种特殊的信号传输方式，它利用的是一种自由传播的孤立波，像海洋中的海浪一样，这种波动在介质中传递而不损失能量和信息，因此具有非常好的传输特性。
相比传统的光信号传输方式，光孤子传输的优点在于传输过程中不需要引入额外的调制信号，可以实现更高的传输容量和更远的传输距离，适应于高速和长距离的信号传输。
二、光孤子传输特性研究进展对于光孤子传输的研究，最早可以追溯到上个世纪七十年代。
在随后的几十年中，学者们对该技术进行了广泛研究，取得了重要成果。
其中，光孤子的发现和研究是光孤子传输技术产生的基础，可以说是目前光孤子通信技术的重要里程碑之一。
随着技术不断进步，研究者们提出了一系列新的方法和技术工具来深入探究光孤子传输的特性和机制。
包括基于多种不同介质的光孤子传输模型研究、综合利用光信道非线性特性来提高信号传输稳定性的方法探索，以及通过纤芯非线性特性的优化来实现光孤子传输的技术突破等等。
三、发展趋势在未来的研究中，学者们对光孤子传输技术的发展趋势也提出了一些预测和期望。
首先，研究人员将继续努力提升光孤子传输技术的数据传输速率和传输距离，并开发出一系列新的传输介质和技术工具，以适应现代通信市场的需求。
其次，学者们将会进一步探究光信道非线性特性对光孤子传输的影响与作用，并优化相应的传输模型，以实现更高效、更稳定的光孤子传输的实现。
最后，研究人员还将进一步探索光孤子传输技术在其他领域的应用，例如在量子通信、生物医学等领域的研究。
总的来说，光孤子传输技术的研究具有广阔的前景和重要的应用价值。
在未来，学者们将继续在该领域进行基础性和创新性研究，为光通信技术的发展注入新的动力。
光纤通信系统中光孤子传输特性分析
ABSTRACTdispersion.In the range of 20Cβ>,chirped soliton pulse has broadened faster than non-chirped pulse.While in the range of 20Cβ<the initial phase of the transmission, a brief pulse compression process, and with the propagation distance, due to the major role in the rapid dispersion broadening ,also studied the effects of polarization mode dispersion characteristics of optical soliton transmission as the soliton is a result of nonlinear effect and second-order GVD balance.When there is PMD,delay differece produces between the two polarization components.With distance increasing ,soliton pulse is broadened and peak is shifted .Soliton pulses in the formation of a small dispersive wave.The original balance is destroyed, leading to the broadening of soliton pulse. Combined with synchronous modulation technique and sliding-frequency filtering rechnique discussed aboved to ristrict the negative factors inhibiting the program,and making use of synchronous modulation of the PMD compensation , the pulse transmission distance is doubled and the transmission performance of the pulse is improved effectively.[Key words]: optical soliton communication, fiber nonlinear, initial chirp, Polarization Mode Dispersion（PMD）第一章绪论第一章绪论1.1孤波现象及孤立子概念的形成孤子的发现最初还是从水波的传播联想到的。
浅谈光孤子在光纤中传输的特性
影 响 光 孤 子 在 先 纤 中传 榆特 性 的 因 素 、光孤 子 在 先 纤 中的 传输 控 制 技 术 以及 偏 振 模 散 色影 响 下 先孤 子 的 脉 冲 传 输特 性 这 四 个 方 面 。
进 行 了较 为 详 细 的 分 析 与 阐述 ．并 据 此论 证 了对 光孤 子 在 光 纤 中传 输 特性 进 行 研 究 在推 动 通 信 网络 应 用技 术 发展 过程 中所起 到 的 重
对 其他涉及 到公共利益的 民事案件提起公诉 ，这些案件应与国有 ２６．
资 产流失、垄断行为等相类似。特别是 当出现其他涉及公共利益 ［林莉红 ． 会学视野 下的 中国公益诉讼 ０． 习与探索 ， ０， ２ ］ 法社 １ 学 ２ ８ ０ 的案件 而没有合适的主体提起诉讼时 ，检察机关也应该提起民事 （） １．
要作用与意义。
关 键 词 ：光 孤 子 ；光 纤 ； 传输 ；通 信
中 图分 类 号 ：ＴＮ９ ９１ ２ ．１
文献 标 识 码 ：Ｂ
文 章 编 号 ：１７ － ５ １ （ｏ ２ ３ ０ ６ － ２ ６ １ ６ ３ ２ １ ）０ － ０ ４ ０
伴随着现代科学 技术 的发展与计算机网络技 术的不断完善 ， 理想光纤传输通道下的理 想值 ，实际有损的光纤传输需要一 种性 人们对于高容量 、 高传输速率的通信要求也越来越高 ，光孤子通 质 、形态更 为稳定的孤子解来表述——平 均孤子 。这种孤子能够 信逐渐成为国内外相关学者的研究重点 。从理论上来说 ，光孤子 在各种非标准形态的初始脉冲条件下 ，表现 出类似弹性粒子的物 脉冲之所以能够 在光 纤介质 中高效、稳定 、长时间传输 ，是离不 理性特征 ，据此实现各种脉冲信号在光 纤介质 中长期 、稳定以及 开光孤子中群速度色散和 自 相位调制效应平衡的技术支持的。然 高效的通信传输 。 而 ，大量实践研 究结果表 明，在光纤介质实际通信机系统中 ，光 二 、影 响 光 孤子 在 光 纤 中传 输 特 性 的 因 素 孤子的传输特性会受 到诸多 因素的制约，影响光孤子光纤传输通 孤子解所考虑的仅仅是光纤在理想传输状态下脉冲信号传输 信的实现。因而 ，对光孤子在光纤中传输特性进行研究有着重要 能力 ，并不 具备 良好的实践操作能力。因此 ， 我们要考虑到光纤 意义。笔者现结合实践工作经验 ，就这一问题谈谈 自己的看法。 介质传输通道在各种实践操作过程 中可能遇到的阻力及干扰。笔 光 孤 子 通 信 的 特 点 者认为 ，在当前技术支持下 ，能够对光孤子传输特性产生一定程 通过观察麦克斯 方程 组基本规律我们不难发现 ，光纤传输方 度影响的因素基本可以分 为两个方面 ：一方面是光纤介质 自身特 程 中的光脉 冲子方程从本质上来说是广延非线性方程 的一种表现 性对光孤子传输特性造成 的影响 ，光纤介质的各种有限损耗 、色 形 式。一般 而言 ，在 单模光纤介质内做传输运动的光脉冲信号在 散都会使光孤子在光纤中的传输稳定性与效率受 到严重干扰 ；另 收到低阶 ＧＶ Ｄ和克 尔效应 的双重影响 ，光脉 冲信 号的具体脉冲 方面是整个光 纤传输系统中非线性相互作 用对光孤子传输特性 幅度通过光纤色散与光 纤非线性系数之 间的相互关 系来表述 。 造成的影响。 自 相位 、交叉相位的调制同样会不 同程度的导致光 通过这一脉 冲幅度基本公式我们可 以看到 ，色散长度与非线 孤子传输完整性 与及时性受到影响 。 性长度是决定光 孤子脉冲信号在沿光纤介质传输方 向脉冲过程中 三 、光 孤 子在 光 纤 中 的传 输 控 制 技 术 所 演变长度量 的两大关键 因素 ，通过对这两者影 响程度的测定 ， 我们知道 ，无论是各种类型的脉冲信号 ，在光纤介质通信传
一维及二维空间光孤子在光折变介质中的传输特性研究.doc
一维及二维空间光孤子在光折变介质中的传输特性研究
空间光孤子是指当介质的非线性所引起的光束自聚焦效应恰好抵消光束的自然衍射时,横向尺寸保持不变而发生自陷的光束。
这类光束可以存在于多种介质中,且在运动碰撞时会发生分裂、融合、湮灭及旋转等现象,故此空间光孤子在光信息传输及处理领域有着潜在的十分重要的作用。
本文主要利用有限差分法和交替隐式差分波传输法分别对一维及二维空间光孤子在光折变介质中的传输进行了数值仿真研究。
这里的一维和二维是指孤子横向扩展的维数。
本文的主要内容及成果有:1.一维低振幅亮孤子在光折变介质中线性传输时自然衍射;非线性传输时,若忽略扩散机制,可以保持波包形态且直线传输,若考虑扩散作用,孤子会发生自偏转,偏转方向及程度都与温度有关。
而在介质中光诱导缺陷晶格后,通过改变外加电场强度、晶格深度与输入光强度的比值等参数,发现正、负缺陷晶格都可以支持缺陷模。
2.涡旋光束在无晶格的光折变介质中非线性传输会发生分裂,分裂所产生的基态孤子数为涡旋阶数的2倍。
一阶涡旋光在正缺陷晶格中传输,在晶格深度与光强大小比值一定的情况下,光束强度取适当的值,能够观察到稳定的一阶涡旋孤子。
二阶涡旋光束在负缺陷晶格中传播,光束强度在适当的取值下,出射面上可以观察到类四极子的强度分布,且束缚在缺陷格点上,重要的是,这四点的相位不再保持二阶涡旋状,而是对角相位相同,相邻点相位相反,没有形成稳定的局域态孤子,改变外加偏压大小及晶格深度与输入光强度的比值,一定条件下也可得到稳定的局域态孤子。
3.高斯光束在贝塞尔晶格中的传输,不同输入条件下,可以形
成不同类型的孤子:环形孤子或圆形孤子,且在晶格信道上的能量分布位置不同。
单模光纤中皮秒光孤子传输特性的数值研究
毕业论文（2014届）论文题目：单模光纤中皮秒光孤子传输特性的数值研究院系：物理电气信息学院专业：物理学（师范）年级：2010级姓名：学号：指导老师2014年5月11日单模光纤中皮秒光孤子传输特性的数值研究摘要随着对大容量、高速率通信要求的不断提高，光孤子通信逐渐成为各国科学家研究的热点。
光弧子是一种光脉冲序列，它在光纤中长距离传输时能保持不变，这种特性是实现光孤子通信的基础。
本文首先介绍了光弧子通信中的基本概念，然后运用对称分布Fourier方法数值求解了描述光脉冲在光纤中传输的非线性薛定愕方程，最后,对皮秒光孤子在光纤中的传输特性做了研究并进行了数据模拟。
关键词：单模光纤光孤子传输特性数值模拟ABSTRACTAlong with the requirement of continually improve large capacity and high speed communication, optical soliton communication turn into research focus of the scientists from different countries. The optical soliton is a kind of optical pulse trains, it can keep shape for a long distance while propagating in the fiber. And this character is the base of realizing optical soliton communication. In this paper, firstly the basic conceptions of optical soliton communications are introduced, and then, using symmetric slit-step Fourier transform method, the Nonlinear SchrÖdinger Equation which describing the optical solitons transmission is solved numerically. Finally, the characters of the picosecond (ps) soliton propagating in the fiber are studied and numerically simulated.KEY WORDS:Single-mode fiber Optical soliton The propagation characteristics Numerical simulation目录第一章绪论 (4)1.1引言 (4)1.2研究背景 (4)第二章光孤子通信系统的基本概念 (6)2.1光孤子通信基本组成 (6)2.2光弧子通信与光纤通信的区别 (6)2.3国内外发展现状 (7)2.3.1 光孤子通信在美国和日本的实用化进程 (7)2.3.2 光孤子通信在中国 (8)2.4光孤子通信的优越性及其展望 (8)2.4.1 光孤子通信的优越性 (8)2.4.2 展望 (9)第三章孤子的形成与特性 (10)3.1孤波现象 (10)3.2光孤子的形成 (10)3.3光孤子传输方程的建立 (12)第四章 ps光孤子传输特性的数值模拟 (14)4.1数值模拟 (14)4.2模拟结果 (17)第五章总结 (18)参考文献 (19)致谢 (20)第一章绪论1.1 引言光孤子是指经过长距离传输而保持形状不变的光脉冲,它最早是一由名英国海军工程师于1834年偶然发现的。
光折变空间光孤子的研究进展
光折变空间光孤子的研究进展光折变空间光孤子是一种在非线性介质中传输的一维光波，其特点是能够在传输过程中保持形状和能量不变。
这种特殊的光波在光子学、通信和信息处理等领域具有重要的应用价值，因此引起了科研人员的广泛关注。
本文将探讨光折变空间光孤子的基本概念和研究进展。
一、光折变空间光孤子的基本概念光孤子是一种波动现象，具有孤立传播的性质，能够在介质中传输而保持形状和速度不变。
光折变是指其中介质的非线性响应随着光波传输而改变的现象。
光折变可以影响光波的光程，使其产生相位和幅度的调制，进而形成光孤子。
光折变空间光孤子是在介质中由光传播而形成的稳定的孤立光波。
光折变空间光孤子的形成可以通过控制光波的强度和相位来实现。
一种常用的方法是利用非线性介质中的非线性折射率效应，通过适当选择介质的非线性系数和光波的频率、强度等参数来调控光波的传播特性。
另一种方法是利用光纤波导等结构中的非线性效应，通过适当设计波导结构来实现光波的孤子传输。
光折变空间光孤子的研究自20世纪80年代开始，随着光子学和光通信技术的发展，其在传输和处理光信号中的应用越来越受到重视。
研究人员在光折变空间光孤子的形成机制、传输特性、应用等方面取得了许多重要的进展。
1.形成机制：研究人员通过理论模拟和实验观测发现，光折变空间光孤子的形成与介质的非线性响应、光波的传播特性等因素密切相关。
他们通过调控光波的强度、波长和频率等参数，以及设计非线性介质的结构和性质，实现了对光孤子的有效控制。
2.传输特性：研究人员发现，光折变空间光孤子具有稳定的传输性能，能够在介质中传输一定距离而不发生衰减或扩散。
他们通过理论分析和实验验证，在光波传输过程中研究了光孤子的形变、速度、功率衰减等特性，为光孤子的应用提供了理论支持。
3.应用：光折变空间光孤子在光子学、光通信和信息处理等领域具有广泛的应用价值。
研究人员利用光孤子的稳定传输特性，设计了一系列光信号处理器件和系统，如光纤通信设备、光波导器件、光学存储器等，为光通信和信息处理技术的发展做出了贡献。
非线性介质中光孤子的传输特性及其应用研究孤子色散管理传输特性及其应用研究
非线性介质中光孤子的传输特性及其应用研究孤子色散管理传输特性及其应用研究光孤子是一种特殊的光学现象，常常出现在非线性介质中。
与传统光束不同的是，光孤子在传输过程中能够自己调节自己的形状和速度，使得其能够抵抗一些干扰，从而实现远距离稳定的传输。
因此，光孤子在信息传输和光通信领域具有广泛的应用前景。
在研究光孤子的传输特性时，色散管理是一个重要的方面。
色散是指材料在不同波长的光线下折射率不同的现象，可能导致光波的传输过程中难以抑制干扰和损失，影响光路的稳定性和传输效率。
色散管理技术可以通过调整介质中的光学参数，使得光传输过程中色散的影响最小化，从而实现更好的光路控制和信息传输。
近年来，研究人员对光孤子的色散管理传输特性及其应用进行了广泛的研究。
一些基于光孤子的调制技术被用于构建高容量的光通信系统，而无人机导航和监测等领域也遇到了成功的应用。
下面来具体介绍一些光孤子研究的具体应用。
一、光孤子传输技术光孤子传输技术是一种通过操纵光波的干涉来实现信息传输的技术。
在这种技术中，光波被划分为不同的分布式数据包，而这些数据包能够在介质中以光孤子的形式传播。
由于光孤子能够在传输过程中进行自我调节，因此可以实现具有稳定数据传输效率和抑制信号干扰的高速传输功能。
二、无人机导航无人机作为一种重要的军事工具，需要在不同的环境条件下实现高效的导航和监控功能。
光孤子技术可以利用非线性物质在不同介质中的特性，实现远距离的光信道传输。
通过在无人机上搭载光发射设备和探测器，就能够实现高速的数据传输和远程指挥功能。
三、地震探测地震是一种自然灾害，对于人类和动物来说都有巨大的威胁。
由于地震的产生和传播过程都是在介质中进行的，因此光学介质的调控可以实现对地震传播的监测和控制。
利用光孤子技术，可以在介质中构建多个信道，实现对地震传播动态的实时监测。
总之，光孤子在非线性介质中的传输特性及其应用研究已经成为了一个重要的研究领域。
未来随着光电技术的不断发展和应用，光孤子在更加广泛的领域中得到应用的机会也会越来越多。
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本科毕业设计（论文）说明书光孤子传输特性研究学院：理学院专业：光信息科学与技术姓名：黄国辉指导老师：陈武喝副教授提交日期：2013-06-01需要matlab动画演示与程序的学弟们，可以发邮件到276204344@联系摘要本文对光孤子的概念进行了较为详细的讨论。
从最基本原理出发，给出了光孤子传输方程的详细推导，对传输方程中的每一项都阐述了其物理意义。
利用数值方法仿真了无损光孤子传输，验证了理想情况下，光孤子巨大的通信潜力。
接着通过数值计算中的差分法，仿真实验了孤子源啁啾对光孤子传输的影响，得出了当啁啾强度较大时，将严重影响通信质量。
利用matlab数值计算仿真实验了单信道中相邻孤子的相互作用，得出了当相邻孤子相距较近时，将大大增大通信的误码率。
关键词：光孤子；色散；非线性AbstractIn this paper, the concept of optical soliton are discussed in detail. From the most basic principle, the optical soliton transmission equation is derived in detail, for each item in the transport equation are expounded its physical meaning. Using numerical method to simulation the non-destructive optical soliton transmission, ideally, is verified its huge potential optical soliton communication. Then through numerical calculation of finite difference method, the simulation experiment in the effect of the soliton source chirp optical soliton transmission, concluded that when the chirp intensity bigger, will seriously affect the quality of communication. Using matlab software simulats adjacent solitons interaction in single channel commucation,and makes a conclusion thar the communication will be draw apart when adjacent solitons are relatively close, and will greatly increase communication error rate. Keyword: optical soliton; chromatic dispersion; nonlinear目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.1.1孤子的发现与相关概念 (1)1.1.2典型孤子方程及研究方法 (1)1.2光孤子介绍 (2)1.2.1光孤子分类 (2)1.2.2光孤子通信简介 (3)1.3论文内容的主要安排 (4)第二章孤子一般性质 (6)2.1本章简述与目的 (6)2.2孤子形状 (6)2.3孤子相互作用 (7)2.4本章小结 (10)第三章光孤子通信方程 (12)3.1光孤子通信方程 (12)3.2本章小结 (17)第四章光孤子传输特性研究 (18)4.1 NLS方程简介 (18)4.2色散效应 (18)4.3非线性效应 (21)4.4光孤子传输特性 (22)4.4.1无损光孤子传输 (22)4.4.2影响光孤子传输的因素 (24)4.4.3色散管理孤子 (26)4.4.4 准光孤子小论 (27)总结 (30)参考文献 (31)第一章绪论1.1课题研究背景1.1.1孤子的发现与相关概念英国科学家Scott Russell在1844年他所作的报告《波动论》中描了这样子的一个有趣现象：一个波形不变的单个凸起的水团在河水里传播了2英里后，在河的拐弯处消失。
Scott Russell仔细研究了这种现象并且察觉到这种现象绝非一般的水波，不可能是波动方程的解，并将其命名为”孤立波”。
经过后续的一系列的观察与实验，Scott Russell总结并给出了下面的结论：孤立波”处处正则，不存在奇异性，并且不扩散，它是流体力学中的一个稳定解[1]。
直到1895年kortewey 和devries建立的kdv方程才从理论上面解释了”孤立波”现象。
其后，卡维特等人对此现象进行了进一步的深入研究，致使人们对孤子有了更清楚深刻的认识，并先后发现了声孤子、电孤子和光孤子等现象。
从今天的物理学的观点来看，孤子是物质非线性效应的一种特殊产物。
从数学的观点上看，它是某些非线性偏微分方程的一类稳定的、能量有限的不弥散解。
也就是说，这类特殊解能始终保持其波形和速度不变。
孤立波在互相碰撞分离后，仍能保持各自的形状和速度不变，就好像粒子相互作用后的结果一样，故人们又把孤立波称为孤立子，简称孤子。
后来类似的现象在光纤通信中被发现。
从此，逐渐产生了新的基于光纤通信的电磁理论——光孤子理论，从而把通信有线性通信引向非线性光纤孤子传输系统这一新领域。
光孤子（soliton）就是这种能在光纤中传播的长时间保持形态、幅度和速度不变的光脉冲。
利用光孤子特性可以实现超长距离、超大容量的光通信。
对于非线性效应，人们经过反复的实验与研究，总结出一些比较有趣现象，只要存在非线性效应，系统就会由非平衡态向平衡态过度，或者这样说，系统会反复地遍历各种状态。
流体孤子是这种非线性效应的一个特例，因而我们可以这样子来认识孤子，孤子效应是非线性效应的一个特殊解或者说成是一个非线性效应的一个重要的分支。
尽管从孤子的第一次发现到现在已历百余年，但历史上还没有人给孤子下过准确的定义。
下面我们可以引用李政道教授的一番话以加深对孤子的感性理解。
”在一个场论系统中，如果有一个经典解，它在任何的时间都束缚于空间的一个有限区域内，那么，这样的解就叫做孤立子解”。
1.1.2 典型孤子方程及研究方法下面将给出一些存在孤子解的非线性方程。
描述浅水波的kdv 方程：0=++xxx x t u uu u α (1-1)该方程也可以描述冷等离子体的磁流体波运动、非谐振晶格的振动、等离子体离子声波等。
描述无损耗光纤通信中的光孤子的非线性薛定谔方程(NLS)0212=++u u u iu tt z （1-2）上面给出了两种十分典型的孤子方程，当然还有很多非线性的偏微分方程存在孤子解，这里就不一一列举了。
历史上有一大批科学家对这些方程的孤子解做出过很多贡献。
其中包括孤子的行波解，然而行波解只能说是这些非线性方程最简单解，但还远远不能够完全描述孤子的各种性质。
对于求解孤子方程的解析解，有一些很经典的方法，其中包括逆散射、Hirota 、Backlund 变换、Darboux 变换、微扰法等。
然而这些方法都存在着诸多限制于局限性，第一，对于方程的初始波注入的要求非常严格，也就是说对于一种特殊的注入可以得到解析解，而对另外一种稍微有一点改变的注入就不能得到解析解，因而其对于一般的初始注入，就描述不了其注入后的演化过程；第二，真正能严格得到解析解的非线性方程屈指可数。
鉴于此，数值计算理论所起的作用就不可忽视了，甚至可以说在现代的孤子研究中，数值方法占了主导位置。
一般来说数值方法可以分成两类，有限差分法与函数逼近法。
一般来说，由于计算机的发展，数值计算理论对于各种偏微分方程的求解过程似乎是无所不能的，不像求解解析解那样受到那么多的限制[2]。
然而最好的方法也有其弊端，再笨的方法也有其有利的一面，关键是看怎么用。
比如后面将要看到的高阶光孤子空间周期性的问题，数值解只能给我们看到现象却不能告诉我们为什么会出现周期性，但是解析解却能告诉我们其中的原因。
1.2光孤子介绍1.2.1 光孤子分类光孤子效应是光纤中线性效应与非线性效应达到平衡时所出现的一种现象，可以分成两类。
时间光孤子（时间域），非线性自相位调制（光强引起光纤折射率变化）和光的色散效应达到平衡时所产生的光孤子，表现为光脉冲在传输过程中形状不变。
时间光孤子主要应用潜力在于长距离高速率的光通信传输上面。
空间光孤子（空间域），通过自聚焦或自散焦效应平衡衍射效应得到的空间光孤子，表现为与传播方向正交的横向光束保持不扩散[3]。
空间光孤子应用于集成光学元件之间的连接和光信息储存处理（例如光开关）。
光孤子通信里面研究的对象主要是时间光孤子，本文的研究对象因而是时间光孤子。
1.2.2 光孤子通信简介以光孤子为信息载体的光纤通信称为光孤子通信。
在无损耗光纤中，光孤子传输方程满足非线性薛定谔方程(NLS),由于光孤子的性质，从理论上讲，如果光纤是无损耗的，那么光孤子的通信距离将是不受限制的，这样子的通信效果将是十分具有诱惑性的。
然而现实中存在着几个不能忽视的问题，第一，非线性薛定谔（NLS）方程对初始注入非常的敏感，初始注入如果有稍微的偏差（比如中心频率的漂移与抖动），对光孤子的演变将产生一定的甚至是破坏性影响，这里对应的就是激光器的啁啾问题，因而这对孤子源来说是一个很大的考验，本文将对啁啾所产生的影响做一个仿真实验。
第二，光孤子与光孤子之间是存在着相互作用的（主要表现为孤子间的相互排斥或者相互吸引，主要取决于两者间的相位），而且这相互作用在整个通信传输上不停滴重复，这对接受终端来说是一个很大的考验，为了不影响通信的质量，一般的解决方法是加大孤子间的间隔(一般为孤子脉宽的六倍左右)或者使相邻孤子采取不等幅度传输或者对相邻孤子的相位采取精确的控制，还有一种方法就是采用准光孤子通信，这里不展宽讨论。
当然还有其他的影响，这里就不展开了。
光纤中不可能没有损耗，因而光损耗对光孤子的影响是不可忽视的，现在采用的解决方法是掺饵光纤放大器(EDFA)，因为这项技术，光孤子的通信已经能在不降低速率的前提下传输上万公里。
色散管理孤子是一项已经投入实际应用的传输方式，本文将对色散管理孤子理论做初步的探索。
光孤子通信的研究至今为止以历40多年，时间光孤子概念自1973 年产生后，掀起了孤子通信的研究热潮。
直到1980 年观察到光纤中光孤子的形成和变化，并且初步完备了光纤孤子的实验和理论研究。