本文基于光波在宇称时间对称波导中传输的理论模型,数值研究各阶亮孤子在罗森莫尔斯势宇称时间对称波导中的传输特性。宇称时间对称波导的折射率分布对光具有线性聚焦作用,而增益/损耗分布可以引起光束能量的横向流动。研究结果表明: 当折射率调制深度为正时,一阶亮孤子在该波导中传输形成波浪形光束。当折射率调制深度为负时,一阶亮孤子分裂形成两束光,一束光发生弥散,另一束光以一定的速度向前传输,而增益/损耗调制深度会影响分裂后光束的传输行为;二阶亮孤子在较低的增益/损耗调制深度下传输形成稳定的呼吸光束;三阶亮孤子在传输过程中出现光波周期分裂与会聚现象;四阶及其以上高阶亮孤子在该波导中都不能稳定传输。此研究结果可为宇称时间对称在光波导中的应用提供一定的理论依据。

考虑原子间相互作用随时间变化，首先基于Darboux变换法，得到一维无量纲的非线性薛定谔方程的孤子解，发现排斥抛物势中超冷原子之间随时间呈指数增加（减小）的相互作用对孤子有一个阻力（推力）作用。然后，利用直接数值模拟的方法研究了排斥抛物势中相互作用时空调控的超冷玻色气体孤子动力学行为，发现：当原子间相互作用不变时，存在一个临界速率；当原子间相互作用随空间坐标变化时，不但孤子的临界局域速率会变小，而且即使初始速率为0，孤子也可穿过势垒，并产生一个周期性振荡行为，振荡周期可通过改变囚禁频率和原子间相互作用来调控。相关结果可为超冷玻色气体在量子信息方面的应用提供一定的参考。

基于描述超材料中超短脉冲传输的高阶非线性薛定谔方程,采用行波法得到一种精确的飞秒准亮孤子解及其存在条件。研究发现,在群速度色散、三阶色散、三次-五次非线性、自陡峭和二阶非线性色散效应的精确平衡下,超材料中可存在该飞秒准孤子;当三阶色散和二阶非线性色散不存在时,该准孤子无法存在。基于Drude模型,详细讨论了不同非线性超材料中该飞秒准亮孤子存在的不同折射区域。结果表明,该飞秒准孤子可存在于自散焦非线性超材料的负折射区和自聚焦非线性超材料的正折射区,而且在不同区域具有不同的脉冲强度和宽度。这意味着,通过选择不同非线性超材料和输入电磁波的频率,使其位于相应的存在区域,可以实现对孤子特性的调控。

借助线性稳定性分析方法,推导出包含非线性耦合作用的锯齿型光波导阵列中平面波的离散调制稳定性增长率的解析表达式,并针对不同次近邻耦合系数分析了非线性耦合作用对调制不稳定性区域的影响.结果表明,改变非线性耦合系数的值会明显影响调制不稳定区域的形状.根据调制稳定性分析结果,预测了亮离散孤子可能存在的参数区域.然后,利用一种准离散的多重尺度方法得到了此锯齿型光波导阵列中亮离散孤子的解析解,并分析了它们的存在条件,结果与离散调制不稳定性分析预测的存在条件基本一致.

研究了一维非局域非线性耦合器中多极亮孤子的存在条件和稳定传输.用牛顿迭代法得到了二极和三极亮孤子.由于较强的非局域响应诱导孤子间的吸引作用比排斥作用大,此时二极孤子不能稳定传输,两孤子相互吸引,融合成一个孤子.随着非局域参数的减小,非线性效应和衍射效应达到平衡时,二极孤子能稳定传播.随着传播常数的减小,孤子的幅值减小,束宽变窄,使得孤子能稳定传播.对于三极亮孤子,在非局域参数较小的时候,耦合的两个三极孤子都不能进行稳定传输.传输一段距离后三极孤子发生碰撞,融合成两极孤子,两极孤子继续传输,最终融合成为一束振荡的光束.随着非局域参数的增大,三极孤子传播的稳定性增强.当传播常数取负数时,随着其绝对值的减小,三极亮孤子的幅值增大,束宽减小,孤子传播的稳定性增强.最后,通过加入白噪声进一步验证了这些亮孤子传播稳定性.

研究了带有变系数的N阶耦合非线性薛定谔方程,获得了其3-孤子解,并通过渐近分析和图像分析研究了孤子的相互作用。结果表明,当本征值不同时, 3-孤子解分别为常规孤子、束缚态孤子以及常规孤子和束缚态孤子的组合;当满足特定条件时,常规亮孤子和束缚态亮孤子可实现弹性相互作用,也可实现非弹性相互作用,而暗孤子仅存在非弹性相互作用;对于常规孤子和束缚态孤子的组合,亮孤子分量的相互作用规律较为复杂,受参数取值影响较大,但暗孤子分量依然保持弹性相互作用。

本文研究了低振幅下的(1+1)维屏蔽亮孤子在光折变介质中的传输特性。数值仿真结果发现，当光束线性传输时会自然衍射；当光束非线性传输时，若忽略扩散机制，可以保持孤子形态且直线传输，若考虑光折变介质的扩散作用，孤子就会发生自偏转，偏转方向及程度与温度有关。最后分析了偏转距离绝对值随温度的变化关系，在某一温度下偏转距离绝对值有最大值，因此可以通过控制温度来改变偏转距离。

研究了电磁感应透明介质中高阶非线性效应对光孤子传输的影响。采用半经典理论获得介质对光场的线性和非线性响应，基于介质特性利用波动理论推演出三-五阶非线性薛定谔方程。介质的线性非线性特性分别决定了群速度色散参量，三阶和五阶非线性系数。研究结果表明，该非线性介质既可以诱导亮孤子也可以诱导暗孤子，取决于群速度色散参量和三阶非线性系数。当前者为负同时后者为正时产生亮孤子，当两者均为负时产生暗孤子，二者可以通过载频与相应跃迁能级失谐的调节获得。与普通非线性薛定谔方程相比，三-五阶非线性薛定谔方程对亮孤子和暗孤子出现的参数和输入条件更加严格。

基于描述超短脉冲在超常介质中传输的非线性薛定谔方程,本文数值研究了高阶效应影响下高阶亮、暗孤子在超常介质中的传输情况。数值模拟表明,三阶色散和自陡峭效应都会引起高阶孤子的分裂和辐射,破坏高阶亮孤子周期性演化特性,导致高阶暗孤子分裂出的灰孤子不对称;孤子的阶数越高,三阶色散和自陡峭的影响越大。利用超常介质可控的色散和非线性特性,通过调节三阶色散和自陡峭效应的系数,发现超常介质中可以基本支持二阶亮孤子、二阶暗孤子和三阶暗孤子的稳定演化。本文的研究结果为将来进一步研究超常介质中高阶亮、暗孤子的存在及传输特性提供了一定的参考价值。

基于描述超常介质中超短脉冲传输的理论模型,解析得到了超常介质中几种形式的精确亮孤子解及其存在条件。在无损耗的Drude模型下,分析了由于色散的介电常数和磁导率而导致的各阶色散与非线性效应,尤其是高阶效应对亮孤子传输特性的影响。结果表明,高阶色散和高阶非线性效应在亮孤子的形成和传输特性方面起着至关重要的作用。