为了研究自相似脉冲在Mach-Zehnder干涉仪的压缩特性，采用非线性薛定谔方程对自相似脉冲的演化和压缩进行了模拟，分析了基于级联单模光纤的Mach-Zehnder干涉仪的光纤参数对脉冲压缩的影响。结果表明，在不考虑高阶色散的情况下，当上臂的两种单模光纤长度分别为8.16 m和2.16 m、下臂的单模光纤长度为8.16 m时，获得半峰全宽为27.85 fs、峰值功率为1860.59 W、基座能量比例为10.241%的最佳压缩脉冲; 考虑高阶色散时，脉冲在单模光纤中传输呈现出峰值功率增大、基座增大的现象，且脉冲右移不利于输出基座较小的压缩脉冲; 当3阶色散系数小于0.001 ps3/km时，利用Mach-Zehnder干涉仪来压缩能获得质量较好的飞秒脉冲。该研究结果对于自相似脉冲的压缩研究具有一定的参考价值。

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。

为了获得高功率优质的超短脉冲光源, 利用色散渐增光纤产生的强线性啁啾对自相似脉冲进行了啁啾补偿光纤设计。首先利用色散补偿光纤得到了半峰全宽为52.6fs、峰值功率为684.5W的超短脉冲输出。在此基础上研究了色散渐增的补偿光纤设计, 讨论了色散线性渐增光纤和色散指数渐增光纤对自相似脉冲的压缩影响。当色散渐增系数取1km-1, 5km-1, 10km-1时, 通过数值仿真得出了最短的输出脉宽、峰值功率以及所需的补偿光纤长度。结果表明, 色散渐增光纤能缩短补偿光纤的长度, 减小脉冲压缩时产生的损耗, 得到半峰全宽为61.8fs和64.4fs的高功率超短脉冲输出。这一结果对自相似脉冲压缩光纤的设计是有帮助的。

利用非线性薛定谔方程(NLSE)为2 μm掺Tm3+自相似脉冲激光器建立了一种新的数值模型。模型中, 用NLSE描述脉冲在激光器中的产生和传播, 利用MATLAB软件模拟了脉冲在激光腔内的演化特性, 优化了腔内净色散、增益系数和可饱和吸收体等参数, 得到了典型的2 μm自相似脉冲的产生区域和特点。在最佳运行范围内, 通过仿真得到了能量为7.87 nJ、脉宽为30.58 ps的具有严格正啁啾的高功率抛物线型脉冲。同时, 分析了腔内净色散、增益系数和可饱和吸收体等参数对自相似脉冲产生的影响, 并模拟了光栅器件进行色散补偿, 使输出脉宽达到547 fs, 脉冲峰值功率达到20.85 kW。本文为获得高功率自相似脉冲提供了指导性意见。

以2 μm掺铥锁模光纤激光器的理论模型,以及非线性薛定谔方程(NLSE)为依据,分析了激光器内自相似脉冲的演化条件,并输出了峰值功率约为22.66 W的自相似脉冲,同时研究了腔内净色散、色散补偿光纤长度和增益系数等参量对自相似脉冲的影响。结果表明,随着腔内净色散和色散补偿光纤长度的增加,脉冲宽度随之增加,单脉冲能量随之降低,而小信号增益系数的增加会使脉冲宽度和单脉冲能量均随之增加。

为了研究了自相似脉冲对在色散渐减光纤中的动力学特性, 采用非线性薛定谔方程对脉冲对的演化和压缩特性进行了模拟, 分析了脉冲对在演化过程中相邻区域产生的相互作用。结果表明, 不考虑3阶色散时, 脉冲对在自相似演化过程中, 相邻的区域将产生对称性的相互振荡, 而脉冲其它区域演化不受影响, 通过色散补偿可以得到脉宽为128.4fs、压缩因子为7.8的压缩脉冲对;而在考虑3阶色散时, 脉冲对的演化将产生畸变, 相邻区域的振荡呈现不对称性, 通过色散补偿技术, 得到脉宽为211.6fs、压缩因子为4.7的压缩脉冲, 虽然不对称性振荡使得压缩脉冲出现较明显的基座, 但几乎不影响压缩质量。该研究结果对自相似脉冲对的演化的理解具有参考价值。

基于被动锁模掺镱光纤激光器集总模型，仿真研究了掺杂光纤的有限增益带宽对激光器输出特性的影响。仿真结果表明，被动锁模掺镱光纤激光器的输出脉冲宽度和激光器运行状态都受到增益带宽的影响。激光器输出脉冲宽度随增益带宽的增大而增大；通过线性调控腔内净色散的大小，发现在较大增益带宽情况下，较小的色散值就可以使激光器工作在自相似状态，即激光器工作在自相似状态时所需的腔内净色散条件范围更大。另外，对不同增益带宽下的激光器输出脉冲对之间的相互作用情况进行了仿真。仿真结果表明，非线性相移在抛物线形脉冲间的作用中起着关键的作用，而非线性相移受增益带宽的影响，因此较大的增益带宽下脉冲之间的相互作用力更强。

以包含增益色散、增益饱和、三阶色散、自陡峭、自频移等高阶效应的光纤放大器为研究对象,对其产生渐近抛物型自相似脉冲的条件及传输特性进行了详细的讨论。结果表明,合理选择系统参数,在渐近约束条件下,可以获得不同振幅和脉宽大小的自相似脉冲;此外,非线性增益(或吸收)与非线性谱宽限制在自相似脉冲存在的范围内近似成线性比例关系,且脉冲的有效脉宽,功率,峰值振幅及能量的大小及增长速度也将随参数的变化而变化。相关结果将为实验中调节光纤放大器以及系统参数的选择提供一定的理论参考。

为了研究自相似演化对于高功率超短脉冲系统产生的影响，采用非线性薛定谔方程，对掺镱光纤放大器中自相似解进行了理论分析，得到初始脉冲、脉冲宽度、增益系数、增益色散等参量变化时对其自相似演化产生不同的影响。结果表明，初始脉宽不同时，只有其初始色散长度和光纤长度相接近时，才可以实现脉冲自相似的演化；初始输入脉冲不同时均能演化成抛物线形，但是演化的进程不同；大的增益系数可以获得高功率、宽频谱的自相似脉冲；增益色散对自相似放大起滤波作用。研究结果对设计自相似脉冲放大器具有一定的借鉴价值。