某些非线性发展方程的精确解与可积性研究

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非线性发展方程在光学、等离子体、凝聚态物理以及大气动力学等描述非线性现象的领域起着重要的作用。非线性发展波(孤波、周期波等)蕴藏着自然界中的许多奥秘,这些非线性发展方程的精确解对理解复杂的现实问题有着很大的帮助。本文首先在绪论处简要阐述了几种常见的研究方法:Painleve分析法、Hirota双线性法和Bell多项式法、Lax对、AKNS法,并着重介绍了本文第二章中用到的三种方法分别是:微分方程定性理论、(G’/G)-展开法以及椭圆函数展开法。(1)在第二章中,主要研究了具有弱非局域非线性项与关于时间分数阶的共振Schrodinger方程,该方程主要描述了光孤子在非线性光纤中传播。在本章中,讨论了该方程在抛物型非线性状态下的动力系统,并给出了动力系统和行波解的关系。其中,关于该方程的分叉和相图都在本文中进行了讨论分析。不同的轨线特征意味着方程有不同的解的类型,所以可以根据不同的轨线选择合适的方法对方程进行求解。另外,根据轨线特征选择了(G’/G)-展开法以及椭圆函数法进行求解,并得到了方程的精确解,其中包括周期波解、冲击波解以及破裂波解。同时,根据对高阶平衡点(0,0)点进行定性分析来研究其动力行为。尤其是,通过对相图的特征与对应解的关系进行分析,最终发现在鞍点附近若有一族双曲线的存在则相应的意味着一族破裂波解的存在。(2)在第三章中,首先简单介绍了非线性Schrodinger方程(NLSE)中的光孤子的一些基本知识和性质原理,同时主要介绍了一种求解复变系数方程孤子解的方法-啁啾拟设法。该方法是一种特殊的辅助方程法,将该方法应用到描述超短光脉冲在光纤中传播的模型—含有三次方和五次方项的变系数非线性Schrodinger方程(NLSE)中,最终发现在给定的约束条件下,可以得到该方程几种具有非平凡相位的啁啾孤子解,其中具体包括明孤子解、暗孤子解以及扭结解等。
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