研究了由探测光和泵浦光同时驱动下的复合旋转光力系统中的非线性行为，如光学双稳态行为和四波混频（FWM）现象。通过操控光力腔旋转速率大小和方向能有效调控旋转诱导产生的 Sagnac频移大小，进而能有效操控光学双稳态行为。进一步研究了该系统中的FWM现象，发现光力腔的旋转方向和旋转速率都会影响系统的FWM强度谱线，同时FWM强度减小或增大会加剧或抑制系统共振区域的模式分裂现象。此外，还探讨了外力对复合旋转光力系统中FWM现象的影响，发现：外力会破坏系统FWM强度谱的对称性，并且在同一旋转速率下，外力的增强会使得FWM强度显著增大；在同一外力下，旋转速率的增大会降低系统的FWM强度。

基于电磁感应透明原理理论研究了金刚石锡空位色心系统的光学双稳特性。研究表明,通过改变系统的参数,即探测场失谐量、耦合场失谐量和强度、合作参数等,可以显著改变系统的量子相干特性,从而可以有效调控该固态系统的光学双稳的阈值。另外,适当地调节耦合激光场的强度,可以实现光学双稳态和多稳态的相互转化。

研究单层石墨烯的三阶非线性和光双稳态效应。通过理论分析和数值模拟,改变单层三阶非线性石墨烯的费米能级、弛豫时间、双光子吸收系数及温度条件,调制单层三阶非线性石墨烯光双稳态的阈值大小。单层三阶非线性石墨烯的费米能级越大,温度越高,则光双稳态的阈值越大;双光子吸收系数越大,双稳态的低阈值越大;弛豫时间和双光子吸收系数会明显地改变石墨烯结构的光透射率,而光透射率则对石墨烯材料自身温度不敏感。该结论可为设计各类微纳结构的光子器件如光开关和光传感等提供理论依据。

采用统一色噪声近似构建了由乘法色噪声驱动的纯吸收型光学双稳态状态方程, 并分析了色噪声对光学双稳态的影响, 将结果与白噪声驱动的光学双稳态进行比较.结果表明: 当乘法噪声与加法噪声处在正关联时, 增加乘法色噪声的自关联时间τ, 光学双稳性的区域显著变宽, 即磁滞回线面积变大; 当乘法噪声与加法噪声处在负关联时, 只有乘法噪声较小时, 改变乘法色噪声的自关联时间τ, 光学双稳态才发生改变; 当乘法噪声的自相关时间等于零时, 本文模型退化为乘法白噪声驱动的光学双稳性状态方程.

运用非线性传输矩阵法对Sinc函数型光子晶体非线性微腔光学双稳态进行了理论推导与数值分析。结果表明: 随着周期数的增大, 双稳态阈值趋于减小; 随着微腔线性折射率的增大, 或者微腔偏离周期结构中心越远, 双稳态阈值趋于增大, 这些规律与常规光子晶体相类似; 然而, 函数型光子晶体可以通过选择适当的介质层折射率分布函数, 运用对称性结构就可以实现比常规光子晶体更宽阔的光子带隙, 同时隧穿模频带更狭窄且附近场分布高度局域, 使得实现光学双稳态较常规光子晶体更容易, 双稳态阈值更低。

运用非线性传输矩阵法对Sinc 函数型光子晶体非线性微腔光学双稳态特性进行了理论推导与数值分析。结果表明，随着周期数的增大，或者非线性微腔位置的变动，微腔内光场强度分布不同，实现的双稳态阈值也不同；随着非线性微腔线性折射率的增大，微腔内场强减小，双稳态阈值趋于增大。

以光纤马赫曾德尔干涉仪作为光强度调制器件，通过光纤耦合器构造光电反馈回路搭建了一种新型电光混合型光学双稳装置。对光学双稳原理进行了研究分析，用图解法形象地解释了双稳工作原理，并且通过在实验中改变该器件的输入光强实现了光学双稳态，得到的光学双稳现象显著，双稳工作状态稳定。该器件有诸多重要应用，如工作在稳态区域时可用做光纤激光功率稳定器，工作在开关区域时可用作光开光、光路由器。

将主动被动同步法改进后，用于对长延迟状态下电光双稳态系统进行混沌控制和同步研究，分别采用单向驱动方法和驱动耦合方法研究电光双稳态系统的混沌控制和同步。数值模拟表明，在适当参数条件下应用单向驱动方法，驱动系统可以将响应系统控制到各周期状态，且驱动系统的状态决定了响应系统的状态；适当选取耦合系数和驱动强度，两种方案都可以实现驱动系统与响应系统之间的混沌同步。从同步效果上来看，驱动耦合方法所需耦合系数更小，可控的耦合系数范围比较广，同步效果更好。

回顾了光纤布拉格光栅非线性耦合模方程的数值求解方法，分析了基于隐式龙格-库塔方法的预报校正系统的特点。为实现简捷、高效、高阶精度的光纤布拉格光栅非线性耦合模方程的数值仿真，设计了基于连分式修正法的预报-校正系统并与基本方法进行了对比。采用该方法可以极大地加长光栅的分段长度以节约计算时间，同时也不存在仿真过程中因计算方法产生的不收敛现象，误差对比分析表明该方法能够准确地模拟光栅的非线性传输特性。为解决静态和动态情况下仿真方法不统一并避免数值计算引起的冲击响应，根据光栅中光波传输的物理过程建立了静态和动态情况下统一的数值仿真模型并研究了仿真中所采用的多种技术，利用这些技术能够有效地仿真连续波和脉冲输入情况下光纤布拉格光栅的非线性传输特性。

非共振条件下，我们理论研究了单向环形光腔中用一微波场驱动一个超精细低能态跃迁的Λ型三能级原子系统光学双稳态和多稳态行为，结果表明原子介质双稳态的行为可以分别通过耦合场的强度和耦合场频率的失谐量控制，同时还发现微波场在实现多稳态过程中所起的重要作用。最后讨论了合作参数对光学多稳态阈值的影响。