拍瓦激光系统中剩余的高阶色散导致了脉冲波形的振荡，影响了拍瓦激光的信噪比。为了进一步优化拍瓦激光的信噪比特性，满足激光加速电子、质子等粒子的效率提升需求，本文提出了一种基于双折射晶体的新型超短脉冲的三阶色散主动调控方法，用于信噪比的主动调控。通过数值分析模拟了双折射晶体引入的二阶色散、三阶色散，针对中心波长为1053 nm的拍瓦激光系统，选择适当的晶体厚度，可以通过调节双折射晶体的面内旋转角改变系统剩余三阶色散。同时，基于神光Ⅱ第九路拍瓦激光系统光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）预压缩的信噪比测量值，对比了不同量级剩余三阶色散对脉冲信噪比的影响，得出通过改变拍瓦激光系统中剩余三阶色散量，可实现不同量级信噪比的主动调控的结论。该研究结果对于高能激光系统剩余三阶色散的补偿以及信噪比的优化具有重要意义。

本文基于变系数Hirota方程的呼吸子解, 研究了色散渐减光纤系统中高功率脉冲串的产生及传输特性。当二阶色散取指数形式, 随着传输距离的增大呼吸子能够形成稳定传输的高功率脉冲串, 且高功率脉冲串稳定的位置与色散系数的调制强度和衰减系数密切相关。此外, 研究了三阶色散对高功率脉冲串产生的影响。选取适当形式的三阶色散不会影响高功率脉冲串的产生, 但会影响高功率脉冲串的偏移程度及偏移方向。最后, 在增益损耗存在的情况下, 研究了高功率脉冲串在传输过程中振幅的变化。以上结果表明, 通过调整参数能够实现对高功率脉冲串的操控, 为光通信在实际中的应用提供了一定的理论指导。

为了获取优质的超短脉冲光源，文章将自相似脉冲与光栅对结合，通过数值模拟方法详细分析了自相似脉冲的演化和压缩过程。首先将半高全宽（FWHM）为1 ps、能量为45 pJ的高斯脉冲入射到色散渐减光纤中，产生具有强线性啁啾的自相似脉冲，然后利用光栅对对自相似脉冲进行啁啾补偿压缩，最终得到FWHM为80 fs、峰值功率为507.6 W的超短脉冲输出，压缩品质参量Q为0.96，压缩因子为12.5。在此基础上，文章又分析了色散渐减光纤中的三阶色散对光栅对压缩质量的影响，发现随着三阶色散的增加，压缩脉冲品质会显著降低。研究结果表明，当系统中三阶色散效应较小时，利用自相似脉冲与光栅对可得到高功率的超短脉冲。这一结果对超短脉冲的获取是有帮助的。

本文基于空间周期调制的Hirota方程的精确解，研究了呼吸解的演化特性及Peregrine怪波梳的产生。结果表明，增大二阶色散系数的调制强度，会影响怪波解的空间分布，在传输方向产生多个压缩点，形成梳状结构，并且压缩点的个数随着二阶色散调制强度的增加成对增加。此外，讨论了三阶色散对多压缩点所产生的影响。结果表明，引入特定形式的三阶色散，不会影响Peregrine怪波梳的产生，并且通过调整三阶色散的系数，能够抑制Peregrine怪波梳产生过程中次高峰的出现。

采用光纤啁啾脉冲放大技术,搭建了基于负三阶色散补偿的高功率、高脉冲质量全光纤飞秒激光放大系统。利用保偏大模场双包层掺镱光纤作为增益介质,负三阶色散光纤和普通保偏单模光纤作为混合型光纤展宽器,在实现时域展宽的同时,对放大系统中的正三阶色散进行预补偿,从而获得高质量、高功率的激光脉冲输出。在实验中使用混合展宽器和1200 line·mm ^-1光栅对作为压缩器,使系统的净三阶色散量趋近于零,最终获得了重复频率为111 MHz,放大后输出平均功率为8.5 W,中心波长为1035 nm,去啁啾后脉冲宽度为217 fs的高脉冲质量飞秒激光输出。

基于标准的非线性薛定谔方程, 在增加高阶项的基础上(包括三阶色散、自频移、自陡峭和喇曼增益), 采用分步傅里叶变换方法, 分别讨论了各高阶效应对二阶怪波的传输特性的影响。结果表明, 高阶效应的增加会使二阶怪波在传输过程中分裂得更快, 其中三阶色散、自频移和喇曼增益对中心位置的二阶怪波几乎没有影响, 但自陡峭效应会使中心位置的二阶怪波的幅度降低且中心发生偏移。

基于非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶变换方法,分别讨论了高阶效应(包括三阶色散、自频移和自陡峭)对二阶呼吸子传输特性的影响。结果表明,高阶效应的增加使得偏移量为零的二阶呼吸子分解得越来越早,随着分解后呼吸子组之间距离的减小,它们之间的相互作用越来越强。对于偏移量不为零的二阶呼吸子,高阶效应的增加会使其再现频率变大,也即前后呼吸子组之间的距离变小,最后导致相互作用的产生。

Sellmeier色散公式和扩展的Lorentz-Lorenz色散函数表达式是两种常用的描述不同温度条件下物质折射率与入射光波长的变化关系式。为了探讨两 者在计算光在水中色散问题的区别,运用两种不同的计算模型,在400～1100 nm波长范围内,4种不同温度下,分别模拟了蒸馏水中折射率、 群折射率、群速度色散及三阶色散随光波长的变化曲线,同时分析了由此两种不同理论计算模型给出的主要计算结果之间的差异。 结果显示,尽管由两种关系式计算得出的蒸馏水的折射率和群折射率基本相同,但群速度色散和三阶色散的结果却存在很大的差别。

运用分步傅里叶变换法对适用于超短艾里脉冲的高阶耦合非线性薛定谔方程进行了求解，利用Matlab软件对超短艾里脉冲在单模光纤中传输时相互作用的演化过程进行了数值模拟。结果表明，负三阶色散效应可加快波包的渗透速度，超短脉冲可传输更远距离；正三阶色散效应可减慢超短脉冲的传输，当三阶色散系数足够大时脉冲前沿处的振荡转移到后沿处。自陡峭效应通过孤子分裂的形式使超短脉冲产生时域位移，内拉曼效应导致脉冲在波长较长一侧产生拉曼自频移，且超短脉冲的能量由前沿处转移到后沿处。自陡峭效应和内拉曼效应的共同作用导致超短脉冲产生时域位移且脉冲前沿处的能量会转移到后沿处。三阶色散效应、自陡峭效应、内拉曼效应三者同时存在时会显著影响超短艾里脉冲相互作用的自弯曲特性和自加速特性。