孤子现象存在于众多领域中,自孤子波在十九世纪被发现以来,孤子理论始终是数学、物理学和通信等领域中重要的研究方向。光孤子的形成是光脉冲线性的时间域色散被非线性的自位相调制过程平衡。光孤子不仅仅是一个重要的科学研究方向,它同时具有重要的应用前景,可能成为新一代的光通信传输模式和高速全光开关。本文详细介绍了光孤子的基本理论及处理方法,光孤子通信的基本原理及其发展现状。基于光孤子通信系统中孤子脉冲的传输所满足的变系数非线性薛定谔方程,研究了孤子脉冲的传输特性。主要的研究结果有: 首先,就3种不同的色散分布研究了色散缓变光纤中孤子脉冲传输的调制不稳定性,得到了不同色散分布和自陡峭效应对调制不稳定性增益谱的影响。研究发现,自陡效应使增益谱的谱宽变窄,振幅的增长速度减慢;当抽运功率、传输距离及光纤损耗一定时,色散缓变参数存在某一最佳值,在此值下增益谱谱宽最宽;此外,还发现高斯色散缓变光纤相对于其他类型的色散缓变光纤具有较宽的增益带宽,是产生调制不稳定性效应较好的色散介质。 其次,研究了色散缓变双折射光纤中孤子脉冲传输的调制不稳定性,区分了4种不同的色散分布对调制不稳定性增益谱的影响。研究表明,调制不稳定性不仅在反常色散区产生,而且也在正常色散区产生。不同群色散剖面光纤的增益谱宽并不相同,同等情况下,双曲线型光纤的调制不稳定性增益谱宽最宽。当光纤色散系数和光纤损耗满足一定关系时,指数型光纤的增益谱宽与传输距离是一单调关系;线型、高斯型光纤的增益谱宽变化曲线都有一个谷底;双曲线型光纤情况较特殊,它的增益谱宽先展宽,然后逐缓变小。 最后,变系数非线性薛定谔方程是支配实际系统中光脉冲包络传输演化的基本方程,通过两种解析方法—逆散射方法和投影矩阵方法求解了变系数非线性薛定谔方程,并对求得的精确孤子解在考虑不同色散效应的情况下进行了分析研究,得到了超短孤子脉冲在色散缓变光纤中的传输特性和规律:光纤损耗引起孤子幅值指数下降,指数缓变色散起到放大作用,正好能够补偿光纤损耗引起的幅值下降;光纤色散变化参量引起孤子中心位置随传输距离作非线性漂移。