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参量激励驻孤波是最近二十年才不断为人熟知的特殊孤立波形式,它存在于大量的实际物理系统中,如,光学共振腔,受激铁磁物质,非线性晶格,流体力学中的经典Faraday共振,等等。
不同于诸如KdV、NLS、Sine—Gordon等业已熟知的可积系统,由于驱动和耗散的引入,参量共振系统具有不可积性,从而导致了其中的孤波具有特殊的动力学行为。本文就依托于Faraday参量共振系统,研究参量激励驻孤波的动力学行为,特别是其自发生成和分岔行为。
本文首先研究了参量激发驻孤波的自发生成行为。实验观察了在特定驱动参数下,单孤子、同相双孤子束缚态等孤子态在无外加扰动的情况下从平静表面自局域化的过程,发现这是一个从以驱动频率同步振动到以Faradav二分之一分频振动的 二倍周期演化过程;实验进一步系统地观测了自发生成现象与驱动参数、水槽几何参数的关系,以及纵向模式激发、边界阻尼效应的影响。根据实验研究,在理论上提出了自发生成的物理机制;结果表明,该自调频机制不仅在数值上重现了自发生成现象,而且其分析结果跟实验定性一致。该研究揭示了参量激励驻孤子自发生成现象的物理机制,同时,对于理解一般非线性自局域化现象具有普遍的意义。
本文还研究了水槽表面驻孤波的时空分岔行为。实验观测发现,随着驱动频率的减小和(或)驱动幅度的增大,定常运动的驻孤波调制不稳定,其幅度在时间上出现长周期调制;进一步改变驱动参数,驻孤波的头部(波峰处)沿纵向左右晃动,出现了所谓的空间摇头现象;在驱动参数改变到一定程度时,驻孤波的运动则具有一定的无规性。长周期调制现象和空间摇头现象分别是驻孤波内在的时间Hopf分岔和空间分岔行为。该研究不仅在实验上揭示了参量激
励驻孤波的时空分岔行为,还提出了一条孤波通过时空分岔向混沌转化的可能途径,将两者联系在一起。