如何通過數學方法使脈沖變窄

A. 脈沖寬度調制(PWM)的數學模型或者數學分析是怎樣的其傅里葉級數展開表達式怎麼確定網上到處都是

如果你也是搞「學術研究」，網上那些直觀的文字結合圖形描述還有大堆的公式推導你還真得看，也得抄，太不科學了就是科學了，不利於科學的分析就對了，讓你那麼容易看懂和利用人家的心思就白費了。
脈沖寬度調制(PWM)就這么點破事，你看人家那數學模型建立過程多好看，數學分析絲絲入扣，傅里葉級數展開表達式令人眼花繚亂，那才叫高人。
啥也不說了，簡單問題復雜化，是教授的天職。復雜問題簡單化，是應用工程師的最愛。

B. 脈沖寬度的定義是什麼

脈寬是脈沖寬度的縮寫，不同的領域，脈沖寬度有不同的含義。通常的脈沖寬度是指電子領域中，脈沖所能達到最大值所持續的周期。

脈沖通常是指電子技術中經常運用的一種像脈搏似的短暫起伏的電沖擊(電壓或電流)。主要特性有波形、幅度、寬度和重復頻率。脈沖是相對於連續信號在整個信號周期內短時間發生的信號，大部分信號周期內沒有信號。就像人的脈搏一樣。現在一般指數字信號，它已經是一個周期內有一半時間有信號。計算機內的信號就是脈沖信號，又叫數字信號。此外，脈沖也用來表示思想感情上的沖動和要求。

(2)如何通過數學方法使脈沖變窄擴展閱讀：

1、脈寬在光學領域：脈沖光源的閃光持續時間是指1/3峰值，光強所對應的時間間隔稱為脈沖寬度。它主要由光源的結構和點燈電路決定。在小城鎮使用時對顯色性要求不高，一般可採用高壓鈉燈或金鹵燈。

2、脈寬在激光領域：激光的脈沖寬度，通常是指激光功率維持在一定值時所持續的時間。不同的激光器，其脈沖寬度可以在很大范圍內變化。

3、脈寬在機電領域：脈沖寬度是指電磁閥開啟的時間長度。渣油分散體系的這一最佳活化狀態，不但與油漿摻煉率有密切關系，還與操作條件以及渣油的性質有關。

C. 如何使激光脈沖寬度變窄

通過調Q的方法，調Q有主動調Q和被動調Q。

D. 脈沖寬度調制的具體應用

簡介
脈寬調制PWM是開關型穩壓電源中的術語。這是按穩壓的控制方式分類的，除了PWM型，還有PFM型和PWM、PFM混合型。脈寬寬度調制式（PWM）開關型穩壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過電壓反饋調整其占空比，從而達到穩定輸出電壓的目的。
PWM軟體法控制充電電流
該方法的基本思想就是利用單片機具有的PWM埠，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟體的方法調整單片機的PWM控制寄存器來調整PWM的占空比，從而控制充電電流。該方法所要求的單片機必須具有ADC埠和PWM埠這兩個必須條件，另外ADC的位數盡量高，單片機的工作速度盡量快。在調整充電電流前，單片機先快速讀取充電電流的大小，然後把設定的充電電流與實際讀取到的充電電流進行比較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調整PWM的占空比；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調整PWM的占空比。在軟體PWM的調整過程中要注意ADC的讀數偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾，合理採用算術平均法等數字濾波技術。
PWM在推力調制中的應用
1962年，Nicklas等提出了脈沖調制理論，指出利用噴氣脈沖對航天器控制是簡單有效的控制方案，同時能使時間或能量達到最優控制。
脈寬調制發動機控制方式是在每一個脈動周期內，通過改變閥門在開或關位置上停留的時間來改變流經閥門的氣體流量，從而改變總的推力效果，對於質量流率不變的系統，可以通過脈寬調制技術來獲得變推力的效果。
脈寬調制通常有兩種方法[15]：第一種為整體脈寬調制，對控制對象進行控制器設計，並根據控制要求的作用力大小，對整個系統模型進行動態的數學解算變換，得出固定力輸出應該持續作用的時間和開始作用時間；第二種為脈寬調制器，不考慮控制對象模型，而是根據輸入進行「動態衰減」性的累加，然後經過某種演算法變換後，決定輸出所持續的時間。這種方式非常簡單，也能達到輸出作用近似相同。
脈寬調制控制技術結構簡單、易於實現、技術比較成熟，俄羅斯已經將其成功地應用於遠程火箭的角度穩定系統控制中。但是當調制量為零時，正反向的控製作用相互抵消，控制效率明顯比變流率系統低。而且系統響應有一定的滯後，其開關的頻率必須遠大於KKV本身的固有頻率，否則不但起不到調制效果，甚至會發生災難性後果。
在LED中的應用
在LED控制中PWM作用於電源部分，脈寬調制的脈沖頻率通常大於100Hz，人眼就不會感到閃爍。
脈沖寬度調制相關專業術語: 1. molation, pulse width (PWM)
脈沖寬度調制 2. pulse-width molation (PWM)
脈沖寬度調制

E. 脈沖響應特性法

脈沖響應法[1] impulse reaponse method 線性系統在零初始條件「，輸入單位脈沖函數(加以高度為無限大，寬度為無限小，面積為1)信號後輸出的瞬態響應，即輸出響應叫脈沖響應。建立系統非參數模}}r,即給系統她加一』I`H}}F3i}幾觀測系統脈沖響應，以求得系統數學模型的待定參數。有了數學模型以後，即可進行分析系統的動態特性，設計控制器等。

F. 脈沖寬度130fs怎麼得到光譜寬度80nm

1、一般情況下，脈寬與譜寬無關：比如說，簡單的調Q激光器是利用電光或者聲光調Q來產生脈沖的，脈寬一般在ns量級。它的機理是調制激光腔內的損耗，形成關斷效應，類似一個水閘，蓄水後泄洪。從這個角度講，脈寬與譜寬關系不大。
2、之後就是你提到的問題，那個是數學領域的問題，即時間帶寬積。一般雙曲正割型脈沖的時間帶寬積為0.3左右，這是一個極限，即假如譜寬為10GHz情況下，脈寬極限為3ps而不能再壓窄。（大致這個意思）但實際情況一般乘積都要大於這個極限。
3、所以說，脈寬與頻譜的關系還是主要在超短脈沖范圍考慮的一種關系。
短脈沖造成的譜寬展寬是跟工作原理有關，比如需要將小功率的脈沖進行展寬，然後放大，再壓縮，形成高功率的短脈沖。過程中會造成脈沖展寬

以上網路知道的答案，希望對你有所幫助

G. 脈沖寬度的具體定義

不同的領域，脈沖寬度有不同的含義。通常的脈沖寬度是指電子領域中，脈沖所能達到最大值所持續的周期（某些情況下也可以說是占空比）。
光學領域
脈沖光源的閃光持續時間是指1／3峰值光強所對應的時間間隔稱為脈沖寬度.它主要由光源的結構和點燈電路決定.在小城鎮使用時對顯色性要求不高一般可採用高壓鈉燈或金鹵燈
機電領域
脈沖寬度是指電磁閥開啟的時間長度.渣油分散體系的這一最佳活化狀態,不但與油漿摻煉率有密切關系,還與操作條件以及渣油的性質有關
醫學領域
脈沖寬度脈沖峰值(P)降低至一半(P2)時所對應的兩個時刻差稱為脈沖寬度,即脈寬.在脈沖能量不變時,峰值與脈寬成反比,脈寬愈短,激光對組織的作用愈強,對組織的損傷也愈大
電子領域
脈沖寬度說明圖
脈沖所能達到的最大值稱為「脈沖寬度」.形狀、幅度和寬度是脈沖的主要參數.周期性重復的脈沖每秒出現的個數稱為「脈沖頻率」,其倒數稱為「脈沖周期」
。
脈沖寬度從學術角度講就是電流或者電壓隨時間有規律變
化的時間寬度，如上圖：
平時研究主要是方波，三角波，鋸齒波，正弦函數波等等，這些波形變化都是有一定規律的，方波裡面一般不說脈沖寬度，而是說占空比，即時間軸上方的波形寬度和下方的波形寬度的比。
數學領域
這里m是任意正整數每個子區間的長度（h＝T／m）稱為脈沖寬度.作為一個例子對於m＝4時的情況在圖1中表明.若問題是在區間τ∈ab）那麼通過作變換t＝（τ－a）T／（b－a）就可把問題轉換到區間t∈0T）上的等效問題

H. 激勵脈沖信號的函數表達式是通過什麼方式得到的

單位脈沖函數的結論：當寬度按照數學上極限法則趨近於零時，那麼它的幅度就趨近於無限大，這樣的一個脈沖就是「單位沖激函數」。在實際工程中，像「單位沖激函數」這樣的信號是不存在的，至多也就是近似而已。在理論上定義這樣一個函數，完全是為了分析研究方便的需要。

向左轉|向右轉

I. 什麼叫脈沖

電壓或電流的波形象心電圖上的脈搏跳動的波形 但現在聽到的什麼電源脈沖、聲脈沖……又作何解釋呢——脈沖的原意被延伸出來得： 隔一段相同的時間發出的波等機械形式，學術上把脈沖定義為：在短時間內突變，隨後又迅速返回其初始值的物理量。

從脈沖的定義內我們不能看出，脈沖有間隔性的特徵，因此我們可以把脈沖作為一種信號。 脈沖信號的定義由此產生：

相對於連續信號在整個信號周期內短時間發生的信號，大部分信號周期內沒有信號。就象人的脈搏一樣。現在一般指數字信號，它已經是一個周期內有一半時間（甚至更長時間）有信號。計算機內的信號就是脈沖信號，又叫數字信號。

具體介紹

脈沖。正確地講應稱為神經沖動（nerve im-pulse）。當神經的某一局部受到足夠強度的刺激時，則在該部產生動作電位，並從該點沿神經纖維向兩個方向傳播。沖動與動作電位具有相同的意思，但沖動是在作為沿軸突傳播的信號看待時使用。根據沖動的原發部位，在離中神經中是從中樞向末梢產生效應的器官，在向中神經中是從末梢感受器向中樞單方向傳導。它所起的作用是連絡中樞和末梢的信號。沖動的傳導速度可因神經纖維有無髓鞘和粗細等而異。有髓鞘神經的傳導速度與纖維直徑是成正比，在哺乳類用纖維直徑（微米）×6米/秒來表示，最高達120米/秒，無髓鞘神經的傳導速度與直徑的平方根成正比，通常在2—3米/秒以下。

相關術語

脈沖信號：瞬間突然變化,作用時間極短的電壓或電流稱為脈沖信號.它可以是周期性重復的,也可以是非周期性的或單次的。

脈沖反應堆pulse reactor ：能在很短時間間隔內達到超臨界狀態，從而產生很高脈沖功率和很強中子通量，並能安全可靠地多次重復運行的反應堆。它分為熱中子脈沖堆和快中子脈沖堆兩類。中國建成了一座鈾氫鋯脈沖反應堆，這是以鈾氫鋯作燃料的反應堆。它主要以氫作為慢化劑，當功率升高時，溫度就會提高，氫的慢化作用減弱，反應性立即降低，反應堆有很大的瞬發負溫度系數，因而呈脈沖運行。脈沖反應堆除了用來培訓人員、從事研究工作和生產短壽命放射性同位素外，還可用來治療癌症、中子照相、活化分析及輻照燃料和材料。

脈沖電源：用戶的負載需要斷續加電，即按照一定的時間規律，向負載加電一定的時間，然後又斷電一定的時間，通斷一次形成一個周期。如此反復執行，便構成脈沖電源。例如對於無極性電解電容器的老練工藝中，需要給電容器正向充電一段時間，然後放電，然後反向給電容器充電一段時間，然後放電，如此便形成正向→放電（斷電）→反向→放電→正向……，如此反復。

脈沖寬度：就是高電平持續的時間。常用來作為采樣信號或者晶閘管等元件的觸發信號。

脈沖電路：就是脈沖波形的產生，整形和變換的電路。脈沖電路是由兩部分組成：惰性電路和開關。開關的作用是破壞穩態，使電路出現暫態。

脈沖撥號：是一種時域處理方法，它用脈沖的個數來表示號碼數字。脈沖撥號方式對脈沖的寬度、大小、間距、形狀都有著嚴格的要求，如果由於線路的干擾或其他原因而使得這些參數發生了變化，則可能引起號碼接收的錯誤。另一方面，由於每個脈沖都佔有一定的時間(一般每個脈沖佔用的時間為100ms)，而使得這種撥號方式比較慢。

脈沖加熱：是利用各種波形的脈沖電流，以時斷時續的方式來加熱來達到一些特殊工藝要求。
脈沖波：就是以沖擊形式產生的信號波形。

J. who knows Fractal,Chaos,and Soliton

1,Fractal（分形）一詞的由來

誰創立了分形幾何學？

1973年，曼德勃羅（B.B.Mandelbrot）在法蘭西學院講課時，首次提出了分維和分形幾何的設想。分形（Fractal）一詞，是曼德勃羅創造出來的，其願意具有不規則、支離破碎等意義，分形幾何學是一門以非規則幾何形態為研究對象的幾何學。由於不規則現象在自然界是普遍存在的，因此分形幾何又稱為描述大自然的幾何學。分形幾何建立以後，很快就引起了許多學科的關注，這是由於它不僅在理論上，而且在實用上都具有重要價值。

分形幾何與傳統幾何相比有什麼特點：

⑴從整體上看，分形幾何圖形是處處不規則的。例如，海岸線和山川形狀，從遠距離觀察，其形狀是極不規則的。

⑵在不同尺度上，圖形的規則性又是相同的。上述的海岸線和山川形狀，從近距離觀察，其局部形狀又和整體形態相似，它們從整體到局部，都是自相似的。當然，也有一些分形幾何圖形，它們並不完全是自相似的。其中一些是用來描述一般隨即現象的，還有一些是用來描述混沌和非線性系統的。

什麼是分維？

在歐氏空間中，人們習慣把空間看成三維的，平面或球面看成二維，而把直線或曲線看成一維。也可以梢加推廣，認為點是零維的，還可以引入高維空間，但通常人們習慣於整數的維數。分形理論把維數視為分數，這類維數是物理學家在研究混沌吸引子等理論時需要引入的重要概念。為了定量地描述客觀事物的「非規則」程度，1919年，數學家從測度的角度引入了維數概念，將維數從整數擴大到分數，從而突破了一般拓撲集維數為整數的界限。

分維的概念我們可以從兩方面建立起來：一方面，我們首先畫一個線段、正方形和立方體，它們的邊長都是1。將它們的邊長二等分，此時，原圖的線度縮小為原來的1/2，而將原圖等分為若干個相似的圖形。其線段、正方形、立方體分別被等分為2^1、2^2和2^3個相似的子圖形，其中的指數1、2、3，正好等於與圖形相應的經驗維數。一般說來，如果某圖形是由把原圖縮小為1/a的相似的b個圖形所組成，有：

a^D=b, D=logb/loga

的關系成立，則指數D稱為相似性維數，D可以是整數，也可以是分數。另一方面，當我們畫一根直線，如果我們用0維的點來量它，其結果為無窮大，因為直線中包含無窮多個點；如果我們用一塊平面來量它，其結果是0，因為直線中不包含平面。那麼，用怎樣的尺度來量它才會得到有限值哪？看來只有用與其同維數的小線段來量它才會得到有限值，而這里直線的維數為1（大於0、小於2）。與此類似，如果我們畫一個Koch曲線，其整體是一條無限長的線折疊而成，顯然，用小直線段量，其結果是無窮大，而用平面量，其結果是0（此曲線中不包含平面），那麼只有找一個與Koch曲線維數相同的尺子量它才會得到有限值，而這個維數顯然大於1、小於2，那麼只能是小數（即分數）了，所以存在分維。其實，Koch曲線的維數是1.2618……。
據曼德勃羅教授自己說，fractal一詞是1975年夏天的一個寂靜夜晚，他在冥思苦想之餘偶翻他兒子的拉丁文字典時，突然想到的。此詞源於拉丁文形容詞fractus，對應的拉丁文動詞是frangere（「破碎」、「產生無規碎片」）。此外與英文的fraction（「碎片」、「分數」）及fragment（「碎片」）具有相同的詞根。在70年代中期以前，曼德勃羅一直使用英文fractional一詞來表示他的分形思想。因此，取拉丁詞之頭，擷英文之尾的fractal，本意是不規則的、破碎的、分數的。曼德勃羅是想用此詞來描述自然界中傳統歐幾里德幾何學所不能描述的一大類復雜無規的幾何對象。例如，彎彎曲曲的海岸線、起伏不平的山脈，粗糙不堪的斷面，變幻無常的浮雲，九曲回腸的河流，縱橫交錯的血管，令人眼花僚亂的滿天繁星等。它們的特點是，極不規則或極不光滑。直觀而粗略地說，這些對象都是分形。

分形的定義
曼德勃羅曾經為分形下過兩個定義：
（1）滿足下式條件

Dim(A)>dim(A)
的集合A，稱為分形集。其中，Dim(A)為集合A的Hausdoff維數（或分維數），dim(A)為其拓撲維數。一般說來，Dim(A)不是整數，而是分數。
（2）部分與整體以某種形式相似的形，稱為分形。
然而，經過理論和應用的檢驗，人們發現這兩個定義很難包括分形如此豐富的內容。實際上，對於什麼是分形，到目前為止還不能給出一個確切的定義，正如生物學中對「生命」也沒有嚴格明確的定義一樣，人們通常是列出生命體的一系列特性來加以說明。對分形的定義也可同樣的處理。
（i）分形集都具有任意小尺度下的比例細節，或者說它具有精細的結構。
（ii）分形集不能用傳統的幾何語言來描述，它既不是滿足某些條件的點的軌跡，也不是某些簡單方程的解集。
（iii）分形集具有某種自相似形式，可能是近似的自相似或者統計的自相似。
（iv）一般，分形集的「分形維數」，嚴格大於它相應的拓撲維數。
（v）在大多數令人感興趣的情形下，分形集由非常簡單的方法定義，可能以變換的迭代產生。

神話學單詞：Chaos混沌/chaos混亂
http://www.sina.com.cn 2003/03/06 10:06 新東方教育在線

希臘、羅馬神話對英國文學影響巨大，在文藝復興時期尤甚。其中的故事以及詞語滲透於英語的各個方面。要掌握這些單詞，最好能了解它們的來源。從本期起，特邀熟諳西方文化的李傳偉老師給我們撰寫相關文章，幫助大家了解神話，學習西方文化並記憶詞彙。

真義chaos(名詞)意為「混亂、無序」；C大寫時(即Chaos)意為「混沌」——傳說中宇宙形成前模糊一團的景象。chaos的形容詞是chaotic，意為「混亂的，雜亂的；混沌的」。常用於下列結構中：in chaos(處於混亂之中); a chaos of(雜亂的); create chaos(製造混亂); throw sth.sintoschaos(使某事陷於混亂之中)。

本原Chaos(混沌)是宇宙形成之初的第一「力量」,是希臘人對宇宙這一廣袤、黑暗的空間的稱呼。在希臘語中，Chaos為天地之母,意思是「裂開」。希臘《神譜》作者赫西俄德(Hesiod)之所以以Chaos為天地之母，很可能因為他認為「無生於無」(Nothing comes from nothing)；不過既然「無」能「生於無」，就可見Chaos不可能是一物不存的空間,而可能是無形的雜亂物質組成的散亂的空間。

這一混沌觀念讓人想起《聖經》中的創世故事。欽定本《聖經》的《創世記》(Genesis)中寫道：「地是空虛混沌；淵面黑暗」(「The earth was formless and void, and darkness was over the surface of the deep」)。但這里的大地既不指該亞(Gaia)，也不是由Chaos生成——而是由上帝創造。在希臘神話中，Chaos是偉大的原創力；在《聖經》中，Chaos必須由上帝這一創世者來馴服和塑造。其他一些文明的創世神話，如澳大利亞土著的創世神話中也有類似的混沌觀念。

希臘人並非特別眷戀Chaos，它不過是至高無上的神宙斯的傑作，旨在於無序的原創力和事物之上建立有力秩序。然而，在基督教的傳統中，Chaos的觀念令人恐懼。與Chaos相對的是cosmos，因為後者指的是被視為和諧體系的宇宙。cosmos的形容詞是cosmic。cosmo作為詞根，具有很強的構詞能力。如：cosmogony宇宙的起源；天體演化學；cosmology宇宙論；宇宙哲學。

巧記Chaos這個詞除了可以根據來源記憶外，也可以用拆分法記憶：Chaos=chao(漢語拼音拼成「吵」)+s(漢語拼音拼成「死」)→「吵死了」→混亂。

收獲A lull in growth could hurt London itself in the long term as well as the short term. London has succeeded despite a poor transport system; if it is to thrive in the future, it needs a better one. But the danger is that, when the pressure is off, everybody forgets about the need for new investment; and then, next time round, the chaos is even worse.(經濟增長出現呆滯，這無論是短期還是長期都會給倫敦造成損害。倫敦盡管運輸系統較差，但經濟上仍然取得了成功。假如倫敦在未來要繁榮，它的運輸系統就必需改善。但這么做存在危險：壓力消除以後，人們就會將為改善運輸系統進行新投資的需要拋諸腦後。這樣一來，下一次再出現類似情況時，會更加混亂。)(Jan.15, 2003, Economist)

什麼是光孤子

孤子（Soliton）又稱孤立波，是一種特殊形式的超短脈沖，或者說是一種在傳播過程中形狀、幅度和速度都維持不變的脈沖狀行波。有人把孤子定義為：孤子與其他同類孤立波相遇後，能維持其幅度、形狀和速度不變。

孤子這個名詞首先是在物理的流體力學中提出來的。1834年，美國科學家約翰·斯科特·羅素觀察到這樣一個現象：在一條窄河道中，迅速拉一條船前進，在船突然停下時，在船頭形成的一個孤立的水波迅速離開船頭，以每小時14～15km的速度前進，而波的形狀不變，前進了2～3km才消失。他稱這個波為孤立波。

其後，1895年，卡維特等人對此進行了進一步研究，人們對孤子有了更清楚的認識，並先後發現了聲孤子、電孤子和光孤子等現象。從物理學的觀點來看，孤子是物質非線性效應的一種特殊產物。從數學上看，它是某些非線性偏微分方程的一類穩定的、能量有限的不彌散解。即是說，它能始終保持其波形和速度不變。孤立波在互相碰撞後，仍能保持各自的形狀和速度不變，好像粒子一樣，故人們又把孤立波稱為孤立子，簡稱孤子。

由於孤子具有這種特殊性質，因而它在等離子物理學、高能電磁學、流體力學和非線性光學中得到廣泛的應用。

1973年，孤立波的觀點開始引入到光纖傳輸中。在頻移時，由於折射率的非線性變化與群色散效應相平衡，光脈沖會形成一種基本孤子，在反常色散區穩定傳輸。由此，逐漸產生了新的電磁理論——光孤子理論，從而把通信引向非線性光纖孤子傳輸系統這一新領域。光孤子（soliton）就是這種能在光纖中傳播的長時間保持形態、幅度和速度不變的光脈沖。利用光孤子特性可以實現超長距離、超大容量的光通信。

光孤子通信

光纖通信中，限制傳輸距離和傳輸容量的主要原因是「損耗」和「色散」。「損耗」使光信號在傳輸時能量不斷減弱；而「色散」則是使光脈沖在傳輸中逐漸展寬。所謂光脈沖，其實是一系列不同頻率的光波振盪組成的電磁波的集合。光纖的色散使得不同頻率的光波以不同的速度傳播，這樣，同時出發的光脈沖，由於頻率不同，傳輸速度就不同，到達終點的時間也就不同，這便形成脈沖展寬，使得信號畸變失真。現在隨著光纖製造技術的發展，光纖的損耗已經降低到接近理論極限值的程度，色散問題就成為實現超長距離和超大容量光纖通信的主要問題。

光纖的色散是使光信號的脈沖展寬，而光纖中還有一種非線性的特性，這種特性會使光信號的脈沖產生壓縮效應。光纖的非線性特性在光的強度變化時使頻率發生變化，從而使傳播速度變化。在光纖中這種變化使光脈沖後沿的頻率變高、傳播速度變快；而前沿的頻率變低、傳播速度變慢。這就造成脈沖後沿比前沿運動快，從而使脈沖受到壓縮變窄。

如果有辦法使光脈沖變寬和變窄這兩種效應正好互相抵消，光脈沖就會像一個一個孤立的粒子那樣形成光孤子，能在光纖傳輸中保持不變，實現超長距離、超大容量的通信。

光孤子通信是一種全光非線性通信方案，其基本原理是光纖折射率的非線性（自相位調制）效應導致對光脈沖的壓縮可以與群速色散引起的光脈沖展寬相平衡，在一定條件（光纖的反常色散區及脈沖光功率密度足夠大）下，光孤子能夠長距離不變形地在光纖中傳輸。它完全擺脫了光纖色散對傳輸速率和通信容量的限制，其傳輸容量比當今最好的通信系統高出1~2個數量級，中繼距離可達幾百km。它被認為是下一代最有發展前途的傳輸方式之一。

從光孤子傳輸理論分析，光孤子是理想的光脈沖，因為它很窄，其脈沖寬度在皮秒級（ps，即s）。這樣，就可使鄰近光脈沖間隔很小而不至於發生脈沖重疊，產生干擾。利用光孤子進行通信，其傳輸容量極大，可以說是幾乎沒有限制。傳輸速率將可能高達每秒兆比特。如此高速將意味著世界上最大的圖書館――美國國會圖書館的全部藏書，只需要100秒就可以全部傳送完畢。由此可見，光孤子通信的能力何等巨大。

主要技術內容

近年來，光孤子通信取得了突破性進展。光纖放大器的應用對孤子放大和傳輸非常有利，它使孤子通信的夢想推進到實際開發階段。光孤子在光纖中的傳輸過程需要解決如下問題：光纖損耗對光孤子傳輸的影響，光孤子之間的相互作用，高階色散效應對光孤子傳輸的影響以及單模光纖中的雙折射現象等。由此需要涉及到的技術主要有：

適合光孤子傳輸的光纖技術。研究光孤子通信系統的一項重要任務就是評價光孤子沿光纖傳輸的演化情況。研究特定光纖參數條件下光孤子傳輸的有效距離，由此確定能量補充的中繼距離，這樣的研究不但為光孤子通信系統的設計提供數據，而且通常導致新型光纖的產生。

光孤子源技術。光孤子源是實現超高速光孤子通信的關鍵。根據理論分析，只有當輸出的光脈沖為嚴格的雙曲正割形，且振幅滿足一定條件時，光孤子才能在光纖中穩定地傳輸，目前，研究和開發的光孤子源種類繁多，有拉曼孤子激光器、參量孤子激光器、摻餌光纖孤子激光器、增益開關半導體孤子激光器和鎖模半導體孤子激光器等。現在的光孤子通信試驗系統大多採用體積小、重復頻率高的增益開關DFB半導體激光器或鎖模半導體激光器作光孤子源。它們的輸出光脈沖是高斯形的，且功率較小，但經光纖放大器放大後，可獲得足以形成光孤子傳輸的峰值功率。理論和驗均已證明光孤子傳輸對波形要求並不嚴格。高斯光脈沖在色散光纖中傳輸時，由於非線性自相位調制與色散效應共同作用，光脈沖中心部分可逐漸演化為雙曲正割形。

光孤子放大技術。全光孤子放大器對光信號可以直接放大，避免了目前光通信系統中光/電、電/光的轉換模式。它既可作為光端機的前置放大器，又可作為全光中繼器，是光孤子通信系統極為重要的器件。實際上，光孤子在光纖的傳播過程中，不可避免地存在著損耗。不過光纖的損耗只降低孤子的脈沖幅度，並不改變孤子的形狀，因此，補償這些損耗成為光孤子傳輸的關鍵技術之一。目前有兩種補償孤子能量的方法，一種是採用分布式的光放大器的方法，即使用受激拉曼散解放大器或分布的摻鉺光纖放大器；另一種是集總的光放大器法，即採用摻鉺光纖放大器或半導體激光放大器。利用受激拉曼散射效應的光放大器是一種典型的分布式光放大器。其優點是光纖自身成為放大介質，然而石英光纖中的受激拉曼散射增益系數相當小，這意味著需要高功率的激光器作為光纖中產生受激拉曼散射的泵浦源，此外，這種放大器還存在著一定的雜訊。集總放大方法是通過摻鉺光纖放大器實現的，其穩定性已得到理論和試驗的證明，成為當前孤子通信的主要放大方法。光放大被認為是全光孤子通信的核心問題。

光孤子開關技術。在設計全光開關時，採用光孤子脈沖作輸入信號可使整個設計達到優化，光孤子開關的最大特點是開關速度快（達10-2s量級），開關轉換率高（達100%），開關過程中光孤子的形狀不發生改變，選擇性能好。

發展前景

全光式光孤子通信，是新一代超長距離、超高碼速的光纖通信系統，更被公認為是光纖通信中最有發展前途、最具開拓性的前沿課題。光孤子通信和線性光纖通信比較有一系列顯著的優點：一、傳輸容量比最好的線性通信系統大1個~2個數量級；二、可以進行全光中繼。由於孤子脈沖的特殊性質使中繼過程簡化為一個絕熱放大過程，大大簡化了中繼設備，高效、簡便、經濟。光孤子通信和線性光纖通信比，無論在技術上還是在經濟都具有明顯的優勢，光孤子通信在高保真度、長距離傳輸方面，優於光強度調制/直接檢測方式和相干光通信。

正因為光孤子通信技術的這些優點和潛在發展前景，國際國內這幾年都在大力研究開發這一技術。迄今為止的研究已為實現超高速、超長距離無中繼光孤子通信系統奠定了理論的、技術的和物質的基礎：

一.孤子脈沖的不變性決定了無需中繼；

二.光纖放大器，特別是用激光二極體泵浦的摻鉺光纖放大器補償了損耗；

三.光孤子碰撞分離後的穩定性為設計波分復用提供了方便；

四.採用預加重技術，且用色散位移光纖傳輸，摻鉺光纖集總信號放大，這樣便在低增益的情況下減弱了ASE的影響，擴大了中繼距離；

五.導頻濾波器有效地減小了超長距離內雜訊引起的孤子時間抖動；

六.本徵值通信的新概念使孤子通信從只利用基本孤子拓寬到利用高階孤子，從而可增加每個脈沖所載的信息量。

光孤子通信的這一系列進展使目前的孤子通信系統實驗已達到傳輸速率10~20Gbit/s，傳輸距離13000~20000公里的水平。

光孤子技術未來的前景是：在傳輸速度方面採用超長距離的高速通信，時域和頻域的超短脈沖控制技術以及超短脈沖的產生和應用技術使現行速率10~20Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大傳輸距離方面採用重定時，整形，再生技術和減少ASE，光學濾波使傳輸距離提高到100000公里以上；在高性能EDFA方面是獲得低雜訊高輸出EDFA。當然實際的光孤子通信仍然存在許多技術的難題，但目前已取得的突破性進展使我們相信，光孤子通信在超長距離、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系統中，有著光明的發展前景。