要解释色散效应则需要引入一些物理概念 。 在物理学家的眼中 ， 无论多么复杂的浪包都可以看做大量相似的小浪包的叠加 ， 从众多小浪包中挑出一个 ， 你会发现它沿着前进方向周期地起伏前进 ， 而如果你用和它相同的速度一块前行 ， 你会看到你身边的这个小浪包始终保持着原来的样子 ， 物理学家把这一现象称为“同相” ， 而这个前行速度就命名为“相速度” 。 所有相似的小浪包叠加形成的大浪包则具有自己的前行速度 ， 即整个波群的速度 ， 称为“群速度” 。 当这两个速度大小、方向不一致时 ， 浪包就出现了色散效应 。 色散这个词的由来与牛顿有关 ， 想想白光在三棱镜中分散成七个颜色的情景不正是因为七种颜色的光在棱镜中的传播速度不一致吗 。 色散效应的结果是波包逐渐的弥散、摊平开来 。
如果理解了上面的两种效应 ， 应该很容易发现它们两者的作用效果恰恰相反 ， 一个使波汇聚 ， 一个使波弥散 。 可以想见 ， 当两种效应棋逢对手之时 ， 波浪将能保持着初始的状态前行很久 ， 直到某一方败下阵来 。
另外两种孤子的产生原理也大致相同 。 如果说色散效应的结果是波形随时间的展宽 ， 那么空间衍射效应的结果就是波形随空间的展宽 。 也就是说空间孤子可以理解为时间孤子在空间上的对应物 。 而耗散孤子的原理从字面上已可略知一二：波的能量在传播过程中不断地损失 ， 而外界则不停地给波注入能量 ， 如果收支平衡 ， 那么孤子诞生 。
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孤子的名字中之所以有一个粒子的“子”字 ， 就是因为它具有一些准粒子的性质 。 当两列 ， 或者几列孤子波相遇并碰撞时 ， 它们表现得就像弹性小球一样 ， 碰撞的前后 ， 它们依然保持着各自的波形和传播速度 。 正是因为孤子这种稳定性 ， 孤子在1973年被考虑运用到光电信息传输中 。 这也正是它一展才华的地方 。
文章插图
网络应该已经成为人们最不愿离开的东西了吧 。 但基于电信号的传输网络却让想要享受上网冲浪的人们常常受到搁浅的困扰 。 网络能不能像火车一样也迎来一次提速呢？能 。 不过 ， 得换一个名字--光网络 。 所谓光网络就是将光纤作为传输载体的网络 。 因为不同频率的光波可以在细小的光纤中相处融洽 ， 所以光网络将具有超大的容量和丰富的接口 。 按一根光纤传送96个波长 ， 每个波长承载19G信号计算 ， 光网络的容量将达到960G[1] 。
不过光有超大的容量还不够 。 如果输出来的信息与输入的信息完全不同 ， 那无疑是一场灾难 。 而要想在自然界中找到不让光波出现损耗、色散的波导材料实在是难上加难 。 这些效应中的任何一个都足以使光波中携带的信息在长距离传输后变得面目全非、无法识别 。 幸好 ， 我们找到了不为世事所动的孤子 。 根据孤子的产生条件 ， 工程师可以通过调整光纤材料的掺杂浓度、纤芯半径等参数使光纤具有非线性效应 ， 让光波在光纤中以孤子的形式传播 。 因为孤子间互不相扰 ， 因此可以使光脉冲的间隔很小而不至于发生重叠 ， 从而使信息的传输速率提高到每秒兆比特 。 如此的高速意味着传送世界上最大的图书馆--美国国会图书馆的全部藏书只需要100秒的时间 。 而且 ， 最重要的是孤子信号的误码率大大低于普通光纤 ， 甚至可实现误码率低于10-12（误码率=（传输中的误码/所传输的总码数）*100%）的无差错光纤通信[2] 。
孤子并没有止步于光电领域 ， 它的研究已经扩展到了流体力学、等离子物理等多个领域 ， 让我们期待它更精彩的表现 。
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