多波共振系统中超正则矢量光呼吸子及调制不稳定性非线性阶段的研究

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基本信息

  • 批准号：
    61705006
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    23.0万
  • 负责人：
    孙文荣
  • 依托单位：
    北京科技大学
  • 学科分类：
    F0505.非线性光学
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Modulation instability (MI) is the fundamental property and central process of many nonlinear optical systems. In recent years, owing to the connections between the MI and generation of rogue waves, MI has attracted considerable attention. We investigate the nonlinear stage of MI in multi-wave resonance systems from the angle of super-regular vector optical breathers. The main contents and innovations include: (1) via the analytic methods, such as dressing method and Darboux transformation, we study the existence and properties of super-regular vector optical breathers, which can be used to describe the nonlinear stage of MI and explain the mechanism of vector optical rogue waves; (2) introducing the higher-order terms in multi-wave resonance systems, we investigate the novel characteristics of nonlinear stage of MI arising from higher-order effects; (3) the notion of super-regular vector optical breathers is extended to the non-autonomous and discrete coupled optical systems. The existence and properties of non-autonomous or discrete super-regular vector breathers are investigated. It is expected that the non-autonomous and discrete super-regular vector breathers can be used to study nonlinear stage of MI in non-autonomous and discrete coupled systems.
调制不稳定性是许多非线性光学系统的基础性质和核心过程。 近年来，由于其与光怪波的产生有极大的联系，调制不稳定性理论受到了广泛关注。申请人主要从超正则矢量光呼吸子的角度研究多波共振系统调制不稳定性的非线性阶段。本课题主要的研究内容和创新点包括：（1）利用dressing方法、Darboux变换等技术，研究多波共振系统超正则矢量光呼吸子的存在和性质，并用其描述多波共振系统调制不稳定性的非线性阶段，以及解释矢量光怪波的产生机制；（2）在多波共振系统中引入高阶项，研究由高阶效应诱导的调制不稳定性非线性阶段的新特征；（3）将超正则矢量光呼吸子的概念从自治连续耦合系统扩展到光学中非自治和离散耦合系统，研究非自治超正则矢量呼吸子和离散超正则矢量呼吸子的激发和性质，并期望用其描述非自治和离散耦合系统调制不稳定性的非线性阶段。

结项摘要

非线性波现象（孤子、（超正则）呼吸子和怪波）在光纤通信系统中是非常丰富的。非线性波的产生通常被认为与调制不稳定性有关。例如，光学怪波可以看作由噪声产生的调制不稳定性引起的。从数学角度看，非线性波可以被可积非线性偏微分方程的精确解描述。可积的非线性偏微分方程有Lax对，这种可积性质在我们的研究中扮演重要的角色。. 本课题完成了各类耦合系统中关于（超正则）呼吸子、孤子、怪波以及调制不稳定性的线性和非线性阶段的研究。研究模型包括：三耦合Gross-Pitaevskii方程、耦合Hirota系统、矩阵Lakshmanan-Porsezian-Daniel 方程、含高阶效应的矢量非线性薛定谔方程等。基于以上研究模型，我们得到了如下结果：.(1)利用Darboux-dressing方法，我们得到多个耦合系统中的孤子解，呼吸子解和怪波解，并且分析得到了怪波的产生机制与调制不稳定性之间的关系。.(2)我们展示了高阶效应对调制不稳定性非线性阶段的影响。利用超正则呼吸子到孤子的态转换，展示了调制不稳定性非线性阶段中的孤子特征。.(3)利用带非相干和相干耦合项的非线性薛定谔方程的守恒律的性质，提出了一种一阶怪波达到超高振幅的机制，并且我们将研究思路推广到高阶的耦合非线性薛定谔方程。. 本课题的研究丰富了耦合系统中非线性波的动力学特征。 我们展示了耦合系统中调制不稳定性的线性阶段和非线性阶段的性质。 我们期望本课题的研究结果能为非线性波在光学系统中的实验研究提供一定的理论依据。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Rational solutions for the nonlocal sixth-order nonlinear Schrodinger equation
非局部六阶非线性薛定谔方程的有理解
  • DOI：
    10.1016/j.aml.2018.04.014
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Applied Mathematics Letters
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Liu De Yin;Sun Wen Rong
  • 通讯作者：
    Sun Wen Rong
Vector breather-to-soliton transitions and nonlinear wave interactions induced by higher-order effects in an erbium-doped fiber
掺铒光纤中高阶效应引起的矢量呼吸-孤子跃迁和非线性波相互作用
  • DOI：
    10.1016/j.physa.2018.01.038
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Sun Wen-Rong;Wang Lei;Xie Xi-Yang
  • 通讯作者：
    Xie Xi-Yang
Dynamics of superregular breathers in the quintic nonlinear Schrödinger equation
五次非线性薛定谔方程中的超规则呼吸动力学
  • DOI：
    10.1007/s11071-018-4404-x
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Nonlinear Dynamics
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Lei Wang;Chong Liu;Xuan Wu;Xin Wang;Wen Rong Sun
  • 通讯作者：
    Wen Rong Sun
Vector rogue waves, rogue wave-to-soliton conversions and modulation instability of the higher-order matrix nonlinear Schrodinger equation
高阶矩阵非线性薛定谔方程的矢量流氓波、流氓波到孤子转换和调制不稳定性
  • DOI：
    10.1140/epjp/i2018-12282-8
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL PLUS
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Sun Wen-Rong;Wang Lei
  • 通讯作者：
    Wang Lei
Matter rogue waves for the three-component Gross-Pitaevskii equations in the spinor Bose-Einstein condensates
旋量玻色-爱因斯坦凝聚中三分量 Gross-Pitaevskii 方程的物质流氓波
  • DOI：
    10.1098/rspa.2017.0276
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Proceedings of the Royal Society A-Mathematical Physical and Engineering Sciences
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Sun Wen Rong;Wang Lei
  • 通讯作者：
    Wang Lei

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其他文献

Dynamics of fundamental solitons and rogue waves on the mixed backgrounds
混合背景下基本孤子和流氓波的动力学
  • DOI：
    10.1140/epjp/s13360-021-01379-y
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Eur. Phys. J. Plus
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    孙文荣;王雷
  • 通讯作者：
    王雷
Nonlinear Wave Molecules for the Lakshmanan–Porsezian–Daniel Equation in Nonlinear Optics and Biology
非线性光学和生物学中 Lakshmanan-Porsezian-Daniel 方程的非线性波分子
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Ann. Phys. (Berlin)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    周硕;王雷;赵俊飞;孙文荣
  • 通讯作者：
    孙文荣
Higher-order Peregrine combs and Peregrine walls for the variable-coefficient Lenells-Fokas equation
用于变系数 Lenells-Fokas 方程的高阶 Peregrine 梳和 Peregrine 墙
  • DOI：
    10.1016/j.spmi.2016.12.045
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Superlattices and Microstructures
  • 影响因子：
    3.1
  • 作者：
    王鑫;王雷;孙文荣;齐凤华
  • 通讯作者：
    齐凤华
The line rogue wave solutions of the nonlocal Davey–Stewartson I equation with PT symmetry based on the improved physics-informed neural network
基于改进物理信息神经网络的具有PT对称性的非局部DaveyStewartson I方程的线流氓波解
  • DOI：
    doi:10.1063/5.0102741
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Chaos
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    张亚斌;刘海怡;王雷;孙文荣
  • 通讯作者：
    孙文荣
Mechanisms of stationary converted waves and their complexes in the multi-component AB system
多分量AB系统中平稳转换波及其复合波的机理
  • DOI：
    10.1016/j.physd.2021.132849
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Physica D
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    张汉松;王雷;孙文荣;王鑫;许韬
  • 通讯作者：
    许韬

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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