超常介质中精确的亮暗类孤子的传输特性

超常介质中精确的亮暗类孤子的传输特性

【摘要】：超常介质(]metamaterials,MMs)是一种新型人工合成材料。与普通介质不同,超常介质具有色散的介电常数和色散的磁导率,通过设计介质的结构和尺寸可以实现负的磁导率和介电常数,获得负的介质折射率,从而表现出自然界常规介质所不具备的奇异的特性。近些年来,国内外众多科学家从不同的方面对超常介质的特性展开研究：从最初的微波频段延伸到光波频段,从线性介质到非线性介质。而随着非线性超常介质的出现,超短光脉冲在超常介质中的非线性传输,作为一个新的研究热点引起了人们广泛的兴趣。本论文以描述超常介质中超短脉冲传输的方程为模型,通过拟解法求解得到两组新型类亮暗类孤子解,并且详细分析了各个类孤子解的存在条件和传输特性。另外,数值研究了这两组类亮暗孤子的传输稳定性。这些研究结果对丰富和发展孤子理论以及超常介质中相关光子器件的研制有理论和实际意义。本文的具体内容如下：(1)介绍了超常介质的历史背景及研究进展,以及非线性超常介质中超短脉冲的传输和光孤子研究的现状。(2)基于超常介质中超短脉冲传输的非线性薛定谔方程,采用拟解法得到一组新型亮暗类孤子解,并分析了该类亮暗孤子解存在条件和传输特性。结果表明,在自陡峭系数为零时,超常介质中可以存在该类亮暗孤子,而且与常规介质中孤子不同,该类亮孤子存在于自散焦超常介质反常色散区；而类暗孤子存在于自聚焦超常介质反常色散区。另外数值讨论了存在条件受到扰动时该类亮暗孤子的传输稳定性。(3)

另外,采用不同的拟解形式得到一组自陡峭效应影响下超常介质中新型类亮暗孤波解。与上一组孤子解存在条件不同,该组解必须满足自陡峭项和群速度色散与赝五阶非线性效应相互平衡,并且该类亮暗孤子只能存在于自聚焦和自散焦超常介质的正折射区。此外通过数值分析该亮暗类孤子传输稳定性,发现在平衡条件微扰下,亮暗类孤子都能很好的保持自身形状稳定传输；而在初始脉宽扰动和白噪声干扰下,类暗孤子比类亮孤子具有更好的稳定性,这说明该类暗孤子比亮孤子更适合作为信息的载体。【关键词】：超常介质类亮孤子类暗孤子稳定性

【学位授予单位】：山西大学

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2013

【分类号】：O437

【目录】：中文摘要8-10ABSTRACT10-12第一章绪论12-201.1超常介质简介121.2超常介质的历史背景及研究进展12-141.3非线性超常介质中超短脉冲传输和光孤子研究14-151.4本文主要内容15参考文献15-20第二章超常介质中精确的亮暗类孤子的传输特性20-322.1超常介质中超短脉冲传输的理论模型20-222.2超常介质中精确的亮暗类孤子解及其传输特性22-262.2.1类亮孤子解及其传输特性分析

22-242.2.2暗类孤子解及其传输特性分析24-262.3存在条件扰动下孤子稳定性的数值分析26-292.3.1数值方法介绍26-282.3.2存在条件扰动下孤子稳定性分析28-292.4本章小结29参考文献29-32第三章自陡峭效应影响下超常介质中精确的亮暗类孤子的传输特性32-413.1自陡峭效应影响下超常介质中两种新型类亮暗孤子32-363.1.1自陡峭效应影响下的精确的亮暗类孤子解32-343.1.2自陡峭效应对亮暗类孤子的传输特性的影响34-363.2自陡峭效应影响下精确的亮暗类孤子的稳定性分析36-383.2.1存在条件扰动下亮暗类孤子传输稳定性分析363.2.2初始脉宽波动和白噪声干扰下亮暗类孤子的传输稳定性分析36-383.3本章小结38-39参考文献39-41第四章总结与展望41-43攻读学位期间取得的研究成果43参与的研究项目43-44致谢44-45个人简况及联系方式45-47 本论文购买请联系页眉网站。

噪声环境下的光孤子传输模型的孤子特性及相互作用的研究(精)

噪声环境下的光孤子传输模型的孤子特性及相互作用的研究 1、项目名称：噪声环境下的光孤子传输模型的孤子特性及相互作用的研究 2、研究工作对浙江经济、社会和科技发展的意义 浙江是光学、光电子技术与产业最具有生机和活力的地区之一，也是国际光电子产业投资的热点地区之一。在国内各光电产业基地“十五”发展目标中，浙江定为于全国的“光电产业发展基地”，计划投入19亿元建设和发展10个光电产业园区，重点投资光纤与光通讯技术领域。由于用光进行通讯能实现大容量信息传输，它将是21世纪网络信息时代的主力军。 光脉冲在实际传输过程中，不可避免地存在着噪声的干扰。在噪声环境下，如何保持超短光脉冲在光纤的传输过程中不发生或尽可能小的发生畸变，以有效利用光纤带宽，实现尽可能高的传输容量、长距离的传输，是光通信技术研究的一个重要课题。实验研究表明用飞秒级（10－15s）光孤子代替超短光脉冲在光纤中实现长距离、大容量、无畸变传输的解决方案是完全可行的，许多科学家预言它将是未来光通讯技术发展的方向。在通信理论里，常用白噪声来描述通讯时存在的噪声，因此，研究光脉冲以孤波形式在白噪声环境下传输的特性及其相关的物理问题既有重要的理论意义也有重大的应用潜力，开展对噪声环境下有光孤子传输模型——随机的非线性薛定谔方程的研究既有重要的理论价值又有重大的实际应用价值。 孤波或孤子同时被认为是非线性科学和物理学中的一个重要的研究领域。2003年诺贝尔物理学奖获得者俄罗斯的京茨堡教授曾说过孤子理论是21世纪重大的物理研究问题之一。

本课题研究方向是光信息传输及通讯、非线性光学、孤子理论、计算物理等交叉学科领域的理论。对其基础理论的研究，一方面能推动和促进用光孤子代替超短光脉冲在光纤中实现长距离、大容量、无畸变传输技术的发展提供理论根据和解决方案；另一方面又能促进和带动光信息传输及通讯、非线性光学、计算物理等学科基础理论的发展。信息传输基础理论的研究也是2006年度的省自然科学基金重点资助的方向之一。 3、本项目研究目标及与申请者研究工作长期目标的关系； 本项目的研究工作具有双重目的。首先从理论的角度探讨在噪声环境下光孤子传输模型的孤波解，并由此揭示出一些客观事实，期待为孤子通信实验提供一定的理论指导。这些孤波解有助于我们更好地理解光纤中超短光脉冲的传输特性和他们之间的相互作用机制，进而为光孤子通信技术实用化提供一些理论基础和解决方案；同时，它们还可以作为传输模型的种子解而构造出更多的孤波解。我们希望这些解对孤子传输模型的微扰和数值分析也有所帮助。其次，我们将最近提出的一些求解非线性演化方程的新方法，把他们推广到随机的传输模型中，拓展这些方法的应用范围。同时，为将来深入研究随机模型的孤子理论打一个坚实的基础。 本项目的研究也利于全面提高本课题组成员综合能力，有利于我校物理系教师理论物理专业水平的提高，实现以科研能力的提升促进教学水平的提高，教学水平的提高来推动科研能力的提升，实现教师的科研能力和教学水平良性循环。 4、项目研究内容，研究方案和进度安排 项目研究内容

光孤子通信系统的仿真

2012年第08期，第45卷 通 信 技 术 Vol.45，No.08,2012 总第248期 Communications Technology No.248,Totally 光孤子通信系统的仿真﹡ 杨慧敏 （菏泽学院 物理系，山东 菏泽 274015） 【摘 要】光孤子通信技术充分利用了光纤中色散参数和非线性效应的相互作用，可以使光脉冲在光纤中无畸变的进行传输，不受外界条件的影响，从而可以实现脉冲的超长距离传输。利用OptiSystem提供的强大的工具箱，模拟了光孤子通信系统的模型。并在给定的参数下，实现了系统的仿真，证实了仿真模型的可行性和正确性，为将来在此基础上实现改进的光孤子通信系统提供了有力的实验依据。 【关键词】光孤子；通信系统；仿真 【中图分类号】TN929.11 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2012)08-0022-02 Simulations on Optical Soliton Communication System YANG Hui-min （Department of Physics, Heze University, Heze Shandong 274015, China） 【Abstract】Optical soliton communication technology, with full use of the interaction between dispersion and nonlinear in the fiber, could implement optical pulse transmission without any distortion and free from outside influence, and thus realize long-distance transmission of the optical pulse. Optical soliton communication system is modelled with the strong kit provided by OptiSystem. Based on the given parameters, the system simulation is implemented, and this simulation indicates that this simulation model is accurate and feasible, and could also provide a powerful experimental basis for the future implementation of the improved optical soliton communication systems. 【Key word】optical soliton; communication system; simulation 0 引言 OptiSystem 是一款创新的光通信系统仿真设计软件，它能使用户在从长距离通信到LANS 和MANS的光网络传输层上进行设计、测试和优化等各种功能[1-2]。 OptiSystem具有强大的模拟仿真环境和真实的器件和系统的分级定义。它的器件库中包括的模型超过200种，它的性能可以通过完整的仿真界面和附加的用户级器件库进行扩展实现。OptiSystem系统里全面的图形用户级界面可以提供光子器件模型、设计和演示；无源和有源的器件库可以提供实际波长的相关参数；参数优化和参数扫描可以让用户研究特定器件的参数对系统性能造成的其他影响，为模拟现实的光通信器件光通信系统提供了条件，而逐渐成为光通信领域仿真实验中广泛使用的工具[3-5]。 1 光孤子通信系统 光脉冲在光纤中传输时，群速速度色散系数(GVD)会使脉冲在传输过程中不断展宽，而非线性系数会使脉冲压缩。这两种因素之间具有一定的关系，当色散的作用和非线性的作用相互平衡时，脉冲展宽和压缩的现象就会抵消，从而产生一种新的光脉冲，这种光脉冲在光纤中可以无畸变的传输，是孤立的，不受外界条件的影响，称为光孤子[6]。光孤子可以在传输过程中一直保持形状变，从而可以实现脉冲的超长距离传输。据有关文献报道[7-8]，孤子传输的最高实验速率可达160 Gbit/s。美国和日本利用太平洋海底光缆构建了光孤子传输的实用系统，未来光孤子通信的主要应用领域将会是在越洋长距离传输方面[9]。 收稿日期：2012-04-22。 ﹡基金项目：菏泽学院科学研究基金资助项目(No.XY10XX01)。作作作作：杨慧敏（1984-），女，助教，硕士，主要研究方向为光通信与光器件。 22

非局域空间光孤子的理论研究进展1_弱非局域篇

?综合评述? 非局域空间光孤子的理论研究进展(1)—弱非局域篇 任占梅 (华南师范大学物理与电信工程学院,广州510631) 提要:本系列论文对非局域空间光孤子的理论研究进展进行了综述。弱非局域篇讨论在弱非局域程度条件下空间光孤子的传输特性。 关键词:非局域非线性薛定谔方程;空间光孤子;弱非局域中图分类号:TN 248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2005)03-0001-03 Progress of theoretical research on nonlocal spatial optical solitons(1)-w eak nonlocality RE N Zhai -mei (School of Physics and T elecom Engineering ,S outh China N ormal University ,G uangzhou 510631) Abstract :In this series papers we review the progress of the theoretical research on nonlocal spatial optical s olitons ,and the first one em phases on the proper 2ties of the nonlocal spatial optical s olitons under the weak nonlocality. K ey w ords :nonlocal nonlinear Schrodinger equations ;spatial optical s olitons ;weak nonlocality 收稿日期:2004-04-051　引言 空间光束(beam )在介质中传输时,会由于衍射效应而发散;另一方面,光场自感应非线性折射率会对光束产生聚焦作用。空间光孤子(optical spatial s olitons )〔1〕 是由于衍射效应与非线性效应达到平衡时,光束在没有边界的介质环境中形成的一种自陷(self -trapping )或自导(self -guiding )的稳定传输状态。空间光孤子具有平面波波前,因而会保持其横剖面大小不变地稳定传输。“空间光孤子”又简称为“空间孤子”。在不与“时间(脉冲)光孤子”一词混淆的前提下,有时也将”空间光孤子”简称为”光孤子”或直接称”孤子”。本文中,如无特别说明,“孤子”,“光孤子”或“空间孤子”均指“空间光孤子”。空间光孤子的研究不仅可以使我们扩展对基本物理现象的理解,而且更重要的是空间光孤子本身在光子(全光)信息处理(全光空间调制和图象处理,全光开关,全光互连,以及全光逻辑光路等)方面有广泛的应用。光子信息处理技术是实现高速率、大容量全光网络和光计算机中必不可少的关键单元技术。随着数字化、信息化社会的来临,高速率、大容 量信息网络体系的发展将是国家信息基础设施的核心内容, 如此宽带网络中的信息载体非光莫属,就是说,未来的信息 网络必定是全光网络。全光网络不仅是国家信息基础设施的核心,也是全球信息一体化的基础。光计算是大规模并行 计算的首选方案,是新一代计算机的发展方向。由于全光网 络和光计算机的关键是全光控制技术,而空间光孤子是各种实现全光控制技术的基础原理之一,因此,对空间光孤子特 性的全面研究和彻底掌握,显然具有非常重要的学术价值、实用价值和战略意义。 空间光孤子的种类繁多,内容极为丰富〔1〕 。根据材料对光场效应的不同非线性机理,可将空间光孤子分为克尔(K err )或克尔类(K err -like )孤子,二次孤子(quadratic s oli 2tons ),光折变孤子(photorefractive s olitons )等等。除了根据不 同材料对空间光孤子进行分类,还可以其表现方式进行分 类,这样的分类方法不直接与具体的材料发生联系.根据后 一分类法,可将空间光孤子分为相干孤子(coherent s olitons ), 不相干孤子(in -coherent s olitons ),离散孤子(discrete s olitons ),多分量矢量孤子(multi -component vector s olitons ),腔孤子 (cavity s olitons ),非局域孤子(nonlocal s olitons ),时空孤了(spa 2tio -temporal s olitons )等类别。 近年来,非局域空间光孤子一空间非局域非线性介质中 的空间光孤子〔2,3〕———引起了人们的广泛关注.理论 〔2,4-14〕和实验〔15-21〕上均取得了相当进展。空间非局域非线性介质 中光束的传输行为由非局域非线性薛定谔方程(nonlocal non 2 linear Schrodinger equation ,NN LSE )(非线性项是空间响应函数 和光强的卷积)唯象地描述〔2,6,9〕。所谓空间非局域非线性 介质,是指介质对光场的非线性响应,不仅与该点的光场有 关而且与空间中其他点的光场有关,材料的空间非局域性起 源于物质内对光场响应的单元(电子、分子或激子等,材料中 对光场响应的不同单元对应于不同的非线性机理〔 23〕)的空间相关性。如果材料的这种相关性为零,则这种材料是局域 性材料。局域非线性介质中传输的空间光孤子是局域孤子。1997年以前讨论的空间孤子,都是局域孤子(克尔介质中存 在的空间孤子,即克尔孤子,由非线性薛定谔方程描述)或者弱局域孤子(比如,光折变孤子)。 1997年国际著名导波光学专家A.W.Snyder (经典著作《Optical Waveguide Theory 》一书作者)和其同事D.J.Mitchell 发 表在Science 的文章〔2〕 正式揭开了非局域空间光孤子研究的序幕。Snyder 和Mitchell 在强非局域条件下,将非局域非线性薛定谔方程近似为线性模型,发现存在空间孤子解。Snyder 和Mitchell 称此空间孤子为“线性孤子”(accessible s olitons )〔1〕。 将非线性问题转化为线性问题处理,是一创举。对此,著名非线性光学专家沈元壤博士给予了高度评价。在同期Sci 2 ence 上发表的评论文章〔3〕中,他将Snyder 和Mitchell 提出的 模型称为Snyder -Mitchell 模型,并认为该模型是“无价的(in 2valuable )”。在该评论文章的最后,沈元壤博士写道:“Snyder 和Mitchell 的工作会引起新一轮的光孤子研究热潮”〔2〕。 虽然严格而言,光折变孤子也应该划分到非局域孤子的范畴,但由于已经由两篇综述性文章〔1,22〕 详细讨论了光折变 孤子,本文将不包括此内容.本文的内容仅限于Snyder -Mitchell 模型提出后的工作,并且重点讨论唯象理论的研究 进展。对于具体不同的材料而言,光与物质相互作用所引发 的光场自感应非线性折射率机理是不相同的〔23〕 ,因而需要讨论不同的具体模型。2　光束在非线性非局域介质中传输的一般描述及其分类 非局域立方非线性介质中传输的傍轴光束满足非局域非线性薛定谔方程(NN LSE )〔 2,6,9〕 i 9ψ9z +μΔ┴ψ+ρψ∫ +∞ -∞R (x -x ′)|ψ(x ′,z )|2d D x ′=0(1)其中ψ(x ,z )是旁轴光束,μ=1/2k ,ρ=k η,η是介质常数(η>0,η<0分别表示聚焦或散焦介质),k 是不考虑非线性效应时介质中的波数(即k =ωn 0/c ,n 0是介质的线性折射率),z 为径向坐标(光束的传输轴),x 和x ′,代表D 维(D =1或2)横向空间坐标矢量,d D x ′,是x ′,点的D 维积分体积元,Δ┴是D 维的横向拉普拉斯算符。上式中,R 是介质的非线性对称实响应函数,满足归一化条件。非局域程度是一个相对的概念.根据光束函数ψ的宽度(光束束宽)与介质非线性响应函数R 的宽度(材料的非线性相关长度)的相对大小,可将非局域程度分为四类〔9,10〕:局域(local )类,弱非局域(weakly nonlocal )类,一般性非局域(gener 2al nonlocal )类,强非局域(strongly nonlocal )类。对于响应函数是δ函数的极限情况(R (x )=δ(x )),非局域程度是局域的〔如图1(a )所示〕;弱非局域程度对应于材料的非线性相关长度远远小于光束束宽的情形〔如图1(b )所示〕;与之相反,强非局域程度要求在介质里传输的光束之束宽远远小于介质的非线性相关长度〔如图1(d )所示〕。除(a ),(b )和(d )以外的其他情形是一般性非局域程度。 一般情况下,方程(1)是一个微分-积分方程,难以找到 1 《激光杂志》2005年第26卷第3期 LASER JOURNA L (V ol.26.N o.3.2005)

光孤子原理与技术

光孤子原理与技术 徐 登 学号：050769 摘要： 光纤通信问世以来，一直向着两个目标不断发展。一是延长中继距离，二是提高传输速率。光纤的吸收和散射导致光信号衰减，光纤的色散使光脉冲发生畸变，导致误码率增高，限制通信距离。低损耗光纤的研制、掺铒光纤放大器（EDFA ）的应用似乎已经解决了中继距离的问题。那么如何解决光纤传输问题呢？ 密集波分复用（DWDM ）技术已成功地应用于光通信系统，极大地增加了光纤中可传输信息的容量。随着波分复用信道数的增加，光纤中功率密度也大幅增加。单通道速率的提高，光纤的非线性效应成为限制系统性能的主要因素。这时，非线性效应的限制的解决成为关键问题。 光孤子的传输能解决上述问题。 本文主要论述了光孤子形成的基本理论，光孤子现象就是利用随光强而变化的自相位调制特性来补偿光纤中的群速度色散，从而使光脉冲波形在传输过程中维持不变，这样的脉冲就成为光孤子。 关键词：光孤子；GVD ；SPM ； 1 光孤子形成原理 1.1 非线性薛定谔方程NLSE 光在非线性介质中的传播是用非线性薛定谔方程描述的，其推导出发点是麦克斯维波动方程： 22 020E D t μ??-=? 1-1 光纤纤芯的折射率可写为： 202()()n n i n E ωχω=++ 1-2 其中电场可表示为 00(,)(,)(,)exp[()]E r t A z t F x y i t z ωβ=-- 1-3 F （x ，y ）为光电场在截面上的分布函数，并满足下式： 222()0t k F β?+-= 1-4 A(z ，t)能直接描述光波沿光轴方向的传播特性，故其成为主要研究对象。将1-2～1-4带入1-1中，然后经过代换简化，可得非线性薛定谔方程（NLSE ）：

光孤子通信

光孤子通信 事物都是在发展中前进，光通信在超长距离、超大容量发展进程中，遇到了光纤损耗和色散的问题，限制其发展空间。科学家和业内人士受自然界的启发，发现了特殊的光孤子波，人们设想的在光纤中波形、幅度、速度不变的波就是光孤子波。利用光孤子传输信息的新一代光纤通信系统，真正做到全光通信，无需光、电转换，可在越长距离、超大容量传输中大显身手，是光通信技术上的一场革命。 1 光孤子通信概念 1.1 常规光纤通信向前发展的阻力 我们知道光纤的损耗和色散是限制线性光纤通信系统传输距离和容量的两个主要因素，尤其在Gbit／s以上的高速光纤通信系统中，色散将起主要作用，即由于脉冲展宽将使系统容量减少，传输的距离受到限制。 光的色散指的是由于物质的折射率与光的波长有关系而发生的一些现象。对于一定物质，折射系数n是波长人的一定函数： n＝f（λ）决定折射率n随波长入而改变快慢的量，称为物资的色散。 色散怎样使光脉冲信号在传输时展宽；是光纤的色散，使得光脉冲中不同波长的光传播速度不一致，结果导致光脉冲展宽。 1.2 光孤立子是怎样产生的 1）人们从自然界得到启发 1834年斯柯特鲁塞尔对船在河道中运动而形成水的波峰进行观察，发现当船突然停止时，原来在船前被推起的水波依然维护原来的形状、幅度和速度向前运动，经过相当长的时间才消失。这就是著名的孤立波现象。 2）光孤立子产生的机理 孤立子又称孤子、孤立波，是一种特殊形状的短脉冲，光孤立子是光非线性效应的特殊产物。 在光强较弱的情况下，光纤介质的折射率是常数，即n不随光强变化。但是在强光作用下，由物理晶体光学的克尔效应可知，光纤介质的折射率不再是常数，折射率增量Δn（t）正比于光扬[E（t）]2。又知折射率与相位有一定关系，相位与频率有一是关系，则光强的变化将造成光信号的频率变化，从而使光的传播速度发生变化。 光纤的群速度色散和光纤的非线性，二者共同作用使得孤子在光纤中能够稳定存在。当工作波长大于1.3μm时，光纤呈现负的群速度色散，即脉冲中的高频分

光孤子的形成及其在光通信中的应用

光孤子的形成及其在光通信中的应用 穆聪 指导老师：高丽

孤立子的概念 1834年，英国造船工程师罗素观察到一个奇妙的现象：由两匹马拉着的一只船在窄河道中急速行驶，当船突然停止时，有一圆滑的、轮廓分明的孤立突起波形离开船头继续前进，并保持形状不变。称之为“孤立波”。 1895年，科特维格和德夫瑞斯为解释一维浅水水波建立一个非线性微分方程，称为KdV方程，该方程有一个解刚好对应于罗素所看到的孤立波。 1965年，扎布斯基和克鲁斯卡尔发表论文，发现两 个孤立波碰撞前后波形和速度都保持不变，说明孤立波有明显的粒子性，并由此提出“孤立子”一词。

自然界中的“孤子” ?自然界中不光浅水波是孤子 ?自然界中也发现了其他很多种形式的孤 子 ?例如：大气孤子、固体孤子 ?甚至在人体中也存在孤子：神经孤子， 被称为为“思维的基本粒子”。 ?甚至磁场亦可具有孤子行为

孤子的基本性质 ?1、它们是形状，传播模式等保持永久不变； ?2、它们的存在有一定区域性，因为它们的存在于外界环境密贴相关; ?3、它们可以与其他孤子相互作用，并可能出现碰撞，但是碰撞后自身形状，传播模式等保持不变。

对于孤子的研究 水槽中的实验罗素在一长水槽的一端，用一重锤垂落入水中，反复的观察重锤激起水浪的运动。 实验结论 水波移动速度v 、水的深度d 及水波幅度A 的关系为： B 为比例常数 实验结果说明水波的运动速度与波幅高度有关，波幅高的速度较快，且波幅的宽度对高度之比也相对较窄。 罗素的发现 ) (2A d B v +=

从波动观点看，孤立波是传播过程中保持自身形态不变的定域化的波。并且两个孤立波碰撞前后波形和速度都保持不变。孤立波solitary wave 从粒子观点看，孤立子是能量被集中在有限时间和空间的孤立波。并且两个孤立子间发生碰撞，碰撞后它们各自的能量不会随时间扩散，保持着原来的速度和形状。孤立子soliton 孤立波问题涉及到自然界中的各方面现象，并且有若干类非线性波动方程都存在稳定的孤波解。 光学领域：光孤子

光孤子通信

电子科技大学光电信息学院 课程论文 课程名称新技术专题 任课教师于军胜吴志明周晓军刘永学期2012—2013（2） 学生姓名骆骏 学号2010051060023 2013年6 月25日

光孤子通信技术 摘要：介绍了光孤子的产生、光孤子通信的基本原理及其关键技术，展望了光孤子通信的前景。 关键词: 孤子;光孤子通信; 光纤; 掺饵光纤放大器; 前景 1.引言 我们正处在信息时代，人类所产生的信息每几个月就要翻一番，大量信息的传输正在逐渐耗尽现有的带宽。光纤通信系统因其信道容量大、传输速率高、传输距离不受限而倍受青睐。光孤子由于能保持形状无畸变地沿光纤传输，所以成为光纤通信的理想载波脉冲，可望用于未来超长距离大容量的传输系统中，因此光孤子通信系统被认为是第5代光纤通信系统，是21世纪最有发展前途的通信方式。 2.光孤子的产生 2.1光孤子的发现 发现孤子现象源于1834年，英国海军工程师Scott Russell注意到，在一条窄河道中，迅速拉一条船前进，当船突然停下来时，就会在船头形成一个孤立的水波迅速离开船头，并以14～15 km/h的速度前进，而波的形状、幅度维持不变，前进了2～3 km才消失，这就是著名的孤立波现象。孤立波是一种特殊形态的波，仅有一个波峰，可以在很长的传输距离内保持波形不变。但直到1964年，人们才从孤立波现象中得到启发，引入了“孤子”概念。所谓孤子，是指像粒子那样的孤立的波包，能始终保持波形和速度不变，具有在互相碰撞后，仍能保持各自的形状和速度的特性。当这种现象出现在光波中时就称为光孤子。 2.2光孤子形成原理 1973年，Hasegawa和Tappert首次从理论上推断，无损光纤中能形成光孤子。他们认为，当光脉冲在光纤中传播时，光纤的色散使得光脉冲中不同波长的光传播速度不一致，结果导致光脉冲展宽，限制了传输容量和传输距离。但当光纤的入纤功率足够大时，光纤中会产生非线性现象，它使传输中的光脉冲前沿群速度