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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

光以特定的波形和峰值功率在非线性色散介质中传输时,介质的群速色散效应和非线性效应能够相互抵消,形成稳定平衡,从而支持光波以孤子形式进行传输,且其波形和速度等特征在传输过程中始终保持不变。因此,光孤子是保证长距离、大容量信息通信的有效载体。然而,当介质中相邻光孤子间间隔较小时,光孤子之间会发生相互作用从而引发一系列的孤子畸变,严重扭曲脉冲序列。因此,非线性薛定谔类型方程描述的光孤子在非线性动力学系统中相互作用的理论研究,是全光孤子通信的核心问题。 双芯光纤同一包层内含有两根纤芯,每个芯子都是一条光波导,即一根双芯光纤中集成了两根单芯光纤。它是一种具有特殊折射率分布的特种光纤，它突破了常规光纤的折射率分布结构，在同一根光纤中排布了两根相互平行的纤芯，既可以作为光传输介质，又可构造新的光器件。大多数用途的双芯光纤都是基于双芯光纤两个纤芯间的模式耦合效应。通过单模光纤和双芯光纤的连接，可制作出高性能的紧凑的全光纤耦合型滤波器，紧凑的全光纤mach-zehnder干涉仪，紧凑的全光纤michelson干涉仪。

下一代的光纤通信主要传输媒质将由多芯多模光纤替代单芯单模光纤，其中非线性效应是一个重要的影响因素，针对非线性效应的影响，本论文从单芯光纤入手，通过数值模拟首先了解多光孤子在单芯光纤中的相互作用；然后在没有高阶效应的情况下，了解双芯光纤中多光孤子的相互作用，并找出多孤子相互作用规律；最后研究高阶效应对双芯光纤中孤子相互作用的影响。

国内外研究现状

光孤子通信的研究大致可以分为三个阶段。第一阶段(1973~1983 年),提出和演示了光孤子的传输,主要成就是色心晶体孤子激光器和色散位移光纤的研制成 功。第二阶段(1984~1993 年),主要研究成果是:在理论上提出了平均孤子理论,发现了 gordon 一 haus 极限;在技术上,研制成功了掺饵光纤放大器和导频滤波器,它们为光孤子通信的实用化铺平了道路。1994 年开始进入第三阶段,这是光孤子通信走向实用化的阶段。在一这阶段,要切实解决光孤子通信所用的各种元器件的实际问题,例如可靠性、环境适应能力、成本和价格等。

2. 研究的基本内容

①本论文基于光孤子在双芯光纤中相互作用满足的非线性薛定谔方程的理论基础上，研究光纤孤子通信系统中孤子相互作用时高阶效应对非线性双芯中孤子相互作用的影响；②通过数值模拟首先了解多光孤子在单模单芯光纤中的相互作用；③在没有高阶效应时，研究双芯光纤中多光孤子的相互作用，并找出多孤子相互作用规律；④研究高阶效应对双芯光纤中光孤子的相互作用影响。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

对光孤子通信系统的组成、原理进行综述；通过数值模拟首先了解多光孤子在单模单芯光纤中的相互作用；对光孤通信的子在双芯光纤中产生、传输和演化的过程和孤子间的相互作用过程等进行仿真，并给出具体的图象和图表加以说明；通过数值模拟首先了解多光孤子在非线性单模单芯光纤中的相互作用，其次了解在无高阶效应时，多光孤子在非线性双芯光纤中的相互作用，然后了解高阶效应对非线性双芯光纤中孤子相互作用的影响，最后以论文形式进行总结。

2019 年 1 月-3 月：确定研究课题并阅读相关资料翻译相关外文文献；全面了解研究的课题并进行详细的规划；2019 年 3 月-4 月：用软件对光孤子间的数据关系进行调整测出最佳的数据；2019 年 4 月-5 月：完成论文的初稿；2019年 5 月-6 月：对论文进行修改并完稿，同时准备答辩。

4. 参考文献

【1】林瑞泽．光孤子相互作用的解析研究与数值模拟[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015。【2】马慧,徐建波.光纤通信系统中孤子的相互作用[J];河北师范大学学报(自然科学版),2004(2)：376-389。【3】陈陆君, 梁昌洪, 吴鸿适. 光纤中双孤子相互作用的等价粒子理论[J]. 光学学报, 1994,14(2): 113-117。【4】王玉凤. 若干非线性系统中孤子问题的解析研究[D]. 北京：北京邮电大学, 2015。【5】李志全,刘洋,王志斌. 高阶色散对光孤子传输的影响[C]. 中国食品仪表学会, 沈阳市仪器仪表会,2007:878-879。【6】朱大成.非线性光学及其发展[J].吉林大学学报(信息科学版),1986(2)：85-86。【7】黄虎清.光孤子通信研究的20年历程即跨世纪展望[J];南京邮电学院学报(自然科学版),1996,16(1)：87-88。