对一阶自傅里叶孤子与一阶标准孤子光信号在光纤中传输的相互作用特性进行了数值模拟研究。 所用方法为算法内部不存在理论误差的分步傅立叶变换法。结果表明:同为一阶孤子,若振幅不同, 三阶色散效应导致的线性延时性不同,振幅越大,延时越多;孤子的近程相互作用会进一步改变孤子的 群速度,甚至可以依据两孤子的先后排列方向而决定减速还是增速。

用分步傅里叶变换方法数值求解非线性薛定谔方程,研究了一阶自傅里 叶光孤子信号在光纤传输中的相互作用特性, 证明了算法内部不存在理论误差。数值模拟结果表明: 1) 一阶自傅里叶孤子对中的相互作用表现不同于一阶标准孤子对, 它类似于二阶或准二阶孤子之间的相互作用特性。两孤子经历一段周期性的相互吸引后,出现强烈的相互排斥。 2)孤子相互作用特性不足以用孤子的阶去区分或分类,在同一阶的孤子中,不同的脉宽对孤子的相互作用有显著不同的 影响。 3)微弱的三阶色散效应有利于抑制一阶自傅里叶孤子间的相互作用。

对一阶自傅里叶光孤子混合对信号在光纤中的演变和传输进行了数值模拟研究。所用方法为利用分步傅立叶变换方法数值求解非线性薛定谔方程, 文中并证明了算法内部不存在理论误差。结果表明: 一阶孤子与微扰的一阶孤子的相互作用以及一阶孤子对的初值稳定性依赖于起始输入的不同结构形式。一阶自傅里叶孤子混合对中的相互作用表现不同于一阶标准孤子混合对, 它类似于二阶或准二阶孤子的相互作用特性; 孤子相互作用特性不足以用孤子的阶去区分或分类。

根据超短脉冲在光纤中传输所遵从的高阶非线性薛定谔方程，采用分步傅里叶方法模拟了超高斯型超短脉冲在光纤中的传输演化.在零色散区对损耗、高阶色散、高阶非线性、啁啾等因素对光脉冲传输的影响进行分析并得出了一些结论：损耗对传输脉冲的形状影响比较小基本上可以忽略，对脉冲的幅度影响比较大.一阶孤子传输一段距离后稳定时的幅度和脉宽在传输时基本不变，是进行光孤子通信的理想载体，而高阶孤子在开始传输和传输过程中的幅度和脉宽变化较大.当这些因素共同作用时，对脉冲的传输特性有较大的影响.但通过合理的选择各个影响因素的参量，能得到一个比较适于信息传输的高阶孤子脉冲.这对通过提高入射光脉冲功率使光脉冲在光纤中形成高阶孤子来提高两光中继器之间的中继距离的研究有一定的参考意义.

为了探讨超短光脉冲在分布式光纤放大器中的传输放大特性及影响因素, 建立了光脉冲在光纤放大器中的基本传输方程, 以掺镱光纤放大器为例, 采用分步傅里叶变换法对放大器中光脉冲的演变进行了模拟, 讨论了初始啁啾和增益色散的影响。结果表明, 当光脉冲在分布式光纤放大器中传输时, 光纤的色散、非线性效应均会影响脉冲的形状和频谱, 光脉冲初始啁啾也会对脉冲的传输状态产生影响; 对于宽频谱光脉冲, 增益色散相当于一种损耗机制, 应该考虑其影响。相关结果对光纤放大器的系统设计和优化具有一定的参考价值。

为了研究光脉冲在掺镱光纤放大器中的放大传输特性, 建立了光脉冲在分布式光纤放大器中的传输方程, 采用分步傅里叶变换法数值模拟了其传输状态,并着重讨论了频率失谐对光脉冲特性的影响。 结果表明:对于掺镱光纤放大器,随着在放大器中的传输,光脉冲在放大的同时被展宽, 产生变形,其功率谱加宽;当出现频率失谐时,光脉冲的放大能力减弱,并且失去输入时的对称性。 若光脉冲中心频率沿不同的方向偏离介质增益峰值频率,脉冲变形规律不同。因此在设计放大系统时应该考虑光纤放大器的色散、 非线性效应以及频率失谐对光脉冲传输特性的影响。

从光孤子传输所满足的非线性薛定谔方程出发,通过对方程中参数的分析和选择,对影响孤子传输的各种因素采用单独分析和综合分析对比方法得到了两个新的结论:(1)二阶色散参数在不太大的范围内变化只会影响脉冲的幅值,对脉冲形状影响不大,而输入脉冲的啁啾则是使脉冲发生畸变的主要原因;(2)在啁啾、三阶色散和五阶非线性同时存在的情况下,它们对脉冲都会产生很大的影响,且存在相互影响和制约关系,三者在某一参数值附近,对脉冲却存在着增益效应和“整容”作用。针对分析结果从理论上提出了改进光孤子传输特性的解决方案,这对光孤子通信的实践过程是有一定实际意义的。

通过采用分步傅里叶变换方法求解非共轴相关耦合波方程，分析了单发次自相关方法测试脉冲宽度时光束空间和频率调制对自相关信号的影响。分别讨论了两束基频光都存在空间调制和一束基频光在传输光路中强度分布受到调制等情况下的谐波信号变化。模拟结果表明谐波信号的调制随入射基频光调制度增大而增加，随基频光强调制频率增大而减少。相关信号外包络线与光束未调制情况下得到的结果一致，脉冲啁啾只是导致自相关信号效率降低。提出了基于自相关函数外包络线求解被测试信号脉冲宽度的方法，为正确测试脉冲宽度提供了理论依据。

光纤放大器用于补偿光信号在光纤中的传输损耗,是全光通信网中的核心器件。 建立了光孤子在分布式 光纤放大器中传输的物理模型,采用分步傅里叶变换法数值模拟了光孤子的传输放大特性,讨论了增益色散对 光孤子形状和频谱的影响。结果表明：在放大器的反常色散区,随着光孤子的放大,会不断地产生啁啾孤子, 孤子频谱会加宽并且产生振荡结构。放大介质的增益色散将会使光孤子幅度下降,宽度展宽,频谱窄化。因此, 光纤放大器的色散、非线性效应和增益色散均会对光孤子的传输特性产生影响。

在考虑了增益介质的群速度色散、克尔非线性效应、增益饱和和增益谱后，推导出了光脉冲在介质中的传输方程.采用分步傅里叶变换法数值模拟了高功率线性啁啾脉冲在增益介质中的传输状态，并着重讨论了增益色散对光脉冲形状和功率谱的影响.计算结果表明：当高功率超高斯光脉冲在增益介质中传输放大时，脉冲形状变得尖锐，峰值向脉冲前沿移动；功率谱峰值向低频方向移动，并且在功率谱边缘形成非对称振荡结构；当介质的增益色散增大时，光脉冲光谱宽度变窄，峰值功率减小，因此对于宽光谱脉冲，增益色散将会导致损耗.