基于广义耦合非线性薛定谔方程及其N-孤子解, 采用分步傅里叶方法, 数值研究了自陡峭效应和自频移效应对N-孤子解传输特性的影响。结果表明: 自陡峭效应和自频移效应均会使1-孤子解在传输过程中发生偏移; 对于2-孤子解和3-孤子解的束缚态孤子形式, 自陡峭效应和自频移效应会引起孤子的偏转和能量的重新分配; 对于类呼吸结构的2-孤子解和3-孤子解, 自陡峭效应和自频移效应则会破坏类呼吸结构, 使各孤子发生分离, 最终形成振幅不等、传输速度不同的孤子。

在非均匀光纤中,基于带有分布色散,自相位调制和自陡峭的变系数修正非线性薛定谔方程(Vc-MNLSE)及其两种暗孤子解,详细讨论了不同形式的拉曼增益对暗孤子解传输特性的影响。结果表明:周期的正弦函数拉曼增益会使两种暗孤子解的背景波产生周期性振荡,并且振荡周期和幅度均随正弦函数的参数变化而变化;双曲正弦函数和指数函数的拉曼增益将会使两种暗孤子解的背景波功率升高;正切函数的拉曼增益会使两种暗孤子解的背景波产生阶跃性变化,且周期振荡暗孤子解会在传输过程中发生分裂。

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。

基于自聚焦的非线性薛定谔方程,研究了自陡峭效应和自频移效应对Peregrine怪波(PS)、Akhmediev呼吸子(AB)和Kuznetsov-Ma孤子(KMS)传输特性的影响。数值模拟结果表明:这两种效应使三种有限背景解分裂加快,相邻最大压缩脉冲间的距离减小,脉冲中心发生偏移,且参数越大,分裂得越早,脉冲中心偏移量越大。

从含三阶效应和自陡峭效应的变系数耦合非线性薛定谔方程(CNLS)出发,采用分步傅里叶数值算法,仿真模拟了光孤子在光纤中传输时的演变,探析三阶效应以及自陡峭效应对拉曼脉冲产生的影响。结果表明自陡峭效应改变了孤子的传输特性,破坏孤子的传输周期,导致孤子随着传输距离的增加而衰减,使得大部分能量从泵浦脉冲前沿转移到拉曼脉冲,使拉曼脉冲变为孤子脉冲在光纤中传输。

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。

针对孤子串在传输过程中发生周期性碰撞, 导致信息串扰的问题, 提出采用准确度较高的辛普森公式近似地改进对称分步傅里叶变换, 对孤子串的传输特性及传输过程进行数值模拟.实验结果表明, 当初始半间距为2.5时, 对于孤子对、三孤子、四孤子、五孤子和六孤子而言, 只考虑自陡峭效应且自陡峭系数都为0.02时, 或者只考虑自频移效应且自频移系数分别为1、1、3、2、1.5时, 都能有效地减少孤子间的碰撞, 增加孤子碰撞前的独立传输距离, 当同时考虑自陡峭效应和自频移效应时, 自频移效应占主导作用.

以超常介质中超短脉冲传输的归一化非线性薛定谔方程为模型,采用拟解法解析得到了自陡峭效应影响下的一组新型的精确亮、暗类孤子解。研究发现,当自陡峭效应、群速度色散和赝五阶非线性效应达到平衡时,在正折射自聚焦超常介质的反常色散区,既可以存在亮类孤子也可以存在暗类孤子,但亮、暗类孤子具有不同的脉宽、频移、速度和波数。这与自聚焦常规介质中亮孤子存在于反常色散区而暗孤子存在于正常色散区明显不同。最后,数值研究了存在条件偏离和白噪声干扰下该新型类孤子的稳定性,结果表明该亮、暗类孤子都能保持自身形状比较稳定的在超常介质中传输。

本文研究在含有增益色散、增益饱和、三阶色散、自频移、自陡峭等效应的光纤放大器中自相似抛物脉冲的产生和传输。结果表明,在渐近约束条件下,自相似脉冲的中心区域可用倒置的抛物脉冲来描绘,并且它的有效脉宽和功率都是线性增长的,而峰值振幅和频谱宽度保持常量。数值模拟结果与理论预期符合的非常好,这表明:在光纤放大器中,在适当的条件下初始输入脉冲可自相似地演化为抛物脉冲。