本文的目标在于探究时空反演对称量子力学具有正的、实的能量本征值的物理机制和内在原因,我们将该问题具体化为研究时空反演对称的非线性光学系统的稳定性问题。时空反演对称结构比单纯的损耗或增益系统更稳定的原因在于能量交换和均衡。本文首先设计并研究了三类时空反演对称的损耗光栅的孤子存在性和稳定性问题以验证猜想,同时给出了实验实现三类损耗光栅的可行性论证。三类损耗光栅分别为：耦合系数为常数的时空反演对称耦合非线性损耗光栅、周期性调制耦合系数的时空反演对称耦合非线性损耗光栅以及引入横向增益损耗周期分布的二维时空反演对称耦合非线性损耗光栅。论文给出了三类光学系统的孤子解,采用变分近似法分析了孤子解在三类系统中的稳定性并给出了稳定传输的具体参数区间,随后使用劈裂算法和Runge-Kutta算法对稳定性分析的结果进行了验证。为进一步理解时空反演对称系统中的能量交换性质,本论文进一步讨论了光束在时空反演对称的非线性缺陷上的散射特性,并采用稳定性分析、集体坐标近似和数值模拟方法着重讨论了局域模式在缺陷上的存在条件以及与入射模式、反射模式的转换机制。结果显示在时空反演对称的非线性缺陷中,局域模式可以在较广的参数空间内存在,且随增益损耗强度的变化可转化为透射模式或反射模式。这一结果也是能量交换在时空反演对称系统的动力学演化中起基础作用的表现。