学位论文简介

本论文围绕光子晶体光纤中的非线性动力学过程，基于深度学习方法开展了系统的建模与分析研究。研究内容涵盖光子晶体光纤光学特性的智能预测、超连续谱演化的高精度建模、孤子动力学的特征提取以及极端非线性现象的智能识别与预测，旨在突破传统数值模拟计算复杂、效率低的瓶颈，构建具有高效性与准确性的智能预测框架。取得了以下主要创新性研究成果：

（1）为解决光子晶体光纤光学特性计算效率低的问题，提出了基于增强灰狼优化算法与深度学习融合的集成建模框架。通过增强灰狼算法优化神经网络结构，构建了一维卷积长短期记忆网络模型，实现毫秒级光学参数预测，计算效率相比传统仿真方法提升数千倍，为大规模结构优化提供了高效解决方案。

（2）为准确描述超连续谱复杂演化过程，设计了融合双分支结构的深度学习模型。通过双向LSTM网络与残差注意力机制实现时频域多尺度特征协同建模，准确捕捉孤子裂变、色散波发射等非线性过程，并通过知识蒸馏技术构建轻量级模型，为超连续谱精确设计与实时监测奠定技术基础。

（3）为模拟光学视界中孤子与探测脉冲复杂相互作用，提出了基于卷积自编码器的数据驱动建模方法。实现了视界条件下脉冲传播的高保真重构，准确模拟周期性调制、Cherenkov辐射等物理现象，预测速度大大提升，内存消耗降低43%，为光学视界物理研究与工程应用提供有力支撑。

（4）为提高光学流氓波极端事件预测精度，提出了基于区域分割与梯度增强损失的双分支神经网络框架。针对流氓波局部突变特性采用差异化网络结构处理高低强度区域，通过深度可分离卷积、双向LSTM及自适应注意力机制精准提取时空特征，为光通信系统流氓波实时监测与风险评估提供重要技术手段。

主要学术成果

1. Qibo Xu, Longnv Huang, Jian Yang, Hua Yang. Rogue hunters: A dual-branch deep learning framework with regional insight and gradient-enhanced loss for optical rogue wave prediction. Chaos, Solitons & Fractals, 2025, 200: 116955. (中科院SCI一区TOP，第一作者)

2. Qibo Xu, Hua Yang, Xiaofang Yuan, Longnv Huang, Huailin Yang, Chi Zhang. Rethinking deep learning for supercontinuum: Efficient modeling based on integrated and compressed networks. Chaos, Solitons & Fractals, 2024, 184: 114995.(中科院SCI一区TOP，第一作者)

3. Qibo Xu, Hua Yang, Xiaofang Yuan, Jifang Rong, Jiayi Zhao. Enhanced grey wolf algorithm for automatic tuning of an ensemble neural network in predicting PCF optical properties. Optics Express, 2023, 31(26): 43790-43803.(中科院SCI二区，第一作者)

4. Qibo Xu, Jifang Rong, Qilin Zeng, Xiaofang Yuan, Longnv Huang, Hua Yang. From data to dynamics: Reconstructing soliton collision phenomena in optical fibers using a convolutional autoencoder. Results in Physics, 2024, 67: 108027.(中科院SCI二区，第一作者)

5. Qibo Xu, Jifang Rong, Hua Yang. Controllable multi-soliton spectral tunneling by Airy pulses in photonic crystal fiber. Journal of Lightwave Technology, 2025.(中科院SCI二区TOP，大修，第一作者)

6. Longnv Huang, Qibo Xu, Xiongbin Chen, Hua Yang. When Flat Beats Deep: Accelerated Prediction of Peregrine Soliton Evolution via an Improved Broad Learning System. Journal of Lightwave Technology, 2025, 43(18): 8891–8897.(中科院SCI二区TOP，第二作者)

7. Hua Yang, Jiayi Zhao, Qibo Xu, Huailin Yang, Hongrui Wang. Soliton colliding in hybrid glass photonic crystal fiber for optical transistor switching. Nonlinear Dynamics, 2024, 112: 10291-10301.(中科院SCI二区，第三作者)

8. Huailin Yang, Jian Yang, Qibo Xu, Zhengyu Shen, Hua Yang. Highly birefringent photonic crystal fibers with near-zero flattened dispersion for polarization-maintaining terahertz transmission. Physica Scripta, 2024, 99(4): 045524.(中科院SCI三区，第三作者)

9. Xinyu Yang, Jian Yang, Qibo Xu, Hua Yang. Super-flat coherent mid-infrared supercontinuum in all-normal dispersion As39Se61 chalcogenide photonic crystal fiber. Physica Scripta, 2023, 98(12): 125512.(中科院SCI三区，第三作者)

10. Jifang Rong, Hua Yang, Qibo Xu, Kangle Shen, Jiayi Zhao. Mutual manipulation between a dark soliton and an Airy pulse at the optical event horizon. Results in Physics, 2022, 43: 106088. (中科院SCI二区，第三作者)