常规数值求解方法在表征光纤中超短脉冲的非线性传输过程时存在计算量大、效率低等局限。随着人工智能的快速发展，深度学习技术展现出了强大的计算能力、广泛的适用范围、良好的硬件移植性，在光纤中超短脉冲非线性传输过程表征和控制研究中具有巨大潜力。本文概述了深度学习技术及其在预测光纤中超短脉冲传输、超短脉冲重构及参数估计方面的研究进展，同时展望了深度学习与光纤中超短脉冲非线性传输这一新兴交叉技术的发展方向和挑战。

本文报道了利用自制低损耗、无节点反谐振空芯光纤传输高功率1064 nm皮秒脉冲激光的研究。光纤包层由7根平均壁厚为700 nm的细玻璃管组成，纤芯直径为42 μm，外径为175 μm。选择脉冲宽度为15 ps且重复频率可调谐的高功率激光器作为实验光源。使用不同长度的光纤进行了传输测试，测试结果表明：当输入单脉冲能量为403 μJ、平均功率为40.3 W、峰值功率为26.8 MW的激光时，最高可实现370 μJ的高能量激光输出，传输效率高达91.8%。分析了超短脉冲经过不同长度光纤后时域和频域的变化情况，结果表明：当光纤长度为1 m时，脉冲保持无畸变传输，光谱发生轻微变形；当光纤长度增长至3.3 m时，由于非线性效应的影响，脉冲宽度展宽至26 ps，光谱展宽至70 nm。本研究表明无节点反谐振空芯光纤有望在超短脉冲激光的传输应用领域发挥重要作用。

针对飞秒光脉冲全光纤化传输的需求, 研究了空心Bragg光纤单基模传输的特性。进而设计了一款空心Bragg光纤, 用于中心波长在1.550μm的飞秒脉冲单基模传输。为了解决空心Bragg光纤在工作窗口色散过大的问题, 通过合理的引入缺陷层调节空心Bragg光纤单基模传输的色散特性, 使其在工作窗口低色散或零色散传输。仿真结果表明, 空心Bragg光纤在1.45μm至1.65μm的带宽范围内都可以维持单基模、低色散或零色散传输, 完全满足脉宽为100飞秒的光脉冲全光纤化传输的需求。

拉制了两种低损耗、单模、近红外宽带传输的空芯反谐振光纤，并用于高功率超短皮秒脉冲传输。利用无节点结构的空芯反谐振光纤实现了平均功率为74 W、单脉冲能量为185 μJ、峰值功率为10.8 MW的超短脉冲传输，且输出激光在频域和时域上均没有发生明显变化。

利用缓变包络近似，给出了一组傍轴波动方程的解析解,该解可以表示一组新型超短脉冲光束，即超短双曲余弦高斯脉冲光束。对超短双曲余弦高斯脉冲光束在自由空间的传输性质进行了详细的研究，给出了传输时的轴向光强、横向光强分布、极性反转、脉冲时间延迟、功率谱等。结果表明，超短双曲余弦高斯脉冲光束的轴上光强随着传输距离的增加而平滑地减小。双曲余弦函数的参数对脉冲光束的空间强度分布及脉冲宽度都有影响。给出了超短双曲余弦高斯脉冲光束功率谱的解析表达式，研究表明随着双曲余弦函数参数的变大，功率谱会分裂成几个峰，远离光束中心的边缘会出现红移现象。

对超短脉冲在负折射介质中的传输特性进行了研究，着重分析其不同于常规介质的反常脉冲分裂现象。结果表明：由于负的折射率影响，介质将通过反常群速度色散与自散焦非线性的相互作用机理来诱导脉冲的对称分裂。同时，分析由色散磁导率所导致的可控自陡效应对脉冲分裂的影响，发现负折射介质中正负的自陡效应都会引脉冲非对称分裂。其中负的自陡效导致脉冲裂变后其后沿比前沿高，这与常规介质自陡效应(恒为正)情形相同；而负折射介质正的自陡效应对脉冲分裂影响刚好与前者相反，即裂变后脉冲后沿比前沿低。

采用光学相位共轭补偿光纤通信系统的色散及非线性必须满足一个前提条件，即相位共轭器两边线路上的色散和非线性分布(或传输功率分布)必须严格对称，这在现有的一般传输线路（标准单模光纤加集总掺铒光纤放大器）难以实现。提出了预啁啾结合中距相位共轭的补偿方案，并进行了数值计算。结果表明，通过在发送端对输入脉冲进行预啁啾展宽，可有效地减轻非线性效应与色散的相互作用，获得理想的补偿效果；对于皮秒超短光脉冲传输，脉冲内拉曼散射相对于三阶色散对补偿结果的影响很小，因此，频域相位共轭相对于时域相位共轭具有更好的综合补偿性能。该方案简单易行，无需对已敷设好的线路作较大改动。

研究了负折射介质中非线性色散效应对调制不稳定性的影响，揭示了若干新的不稳定性现象。得到了有任意高阶线性与非线性色散效应情形下调制不稳定性增益谱的表达式，结果表明：所有偶次非线性色散不但会影响原来的不稳定性，而且可能会导致新的不稳定性区域；而所有的奇次非线性色散将始终抑制调制不稳定性，且与其符号的正负无关。进一步研究了由色散磁导率所诱导的二阶非线性色散效应对调制不稳定性的影响。研究发现它不但能使在常规介质中不可能出现的调制不稳定性现象也能出现，而且可能会导致在无限带宽的调制频率范围内发生新的不稳定性现象，且其增益值将随调制频率的增大而单调增大。

以传输线分布参数模型为基础，推导给出了Ｚ箍缩感兴趣条件下典型脉冲通过指数变阻抗传输线后脉冲波形和传输效率的级数近似解。分析了变阻抗传输线的阻抗变比、长度及脉冲形状和参数对传输效率的影响，以适合PW量级Z箍缩驱动源的水介质整体径向指数变阻抗传输线的参数组合为例计算给出了其传输效率。电压传输效率随传输线阻抗变比、长度增大而增加，随脉冲频谱向高频移动而增加；功率传输效率随传输线阻抗变化剧烈程度减小而增大，随脉冲频谱向高频移动而增大。给出了电压和功率传输效率的简化计算公式。

采用PSPICE软件，以PW级Ｚ箍缩驱动源指数传输线为例，模拟分析了用有限多段分段阶跃变阻抗传输线序列模拟连续指数变阻抗传输线时，直角波、半周期正弦、全周期正弦平方等入射脉冲的电压和功率传输效率与分段数以及脉冲参数的关系，并计算了水电阻率对功率传输效率的影响。模拟结果表明：直角波波头的电压和功率传输效率随分段数增大而迅速趋近于理想传输线变压器的值；但对于非直角波入射脉冲而言，分段数并非越多越好，而是存在一个与传输线电长度和输入脉冲波前时间相应的最佳值；随着水电阻率下降，功率传输效率加速降低。