Shortcuts to Adiabatic Soliton Compression in Active Nonlinear Kerr Media

安萨茨 孤子 物理 非线性系统 绝热过程 啁啾声 脉冲压缩 色散(光学) 克尔效应 光学 统计物理学 经典力学 量子力学 计算机科学 电信 激光器 雷达
作者
Yingjia Li,Koushik Paul,David Novoa,Xi Chen
出处
期刊:Optics Express [The Optical Society]
卷期号:32 (5): 7940-7940
标识
DOI:10.1364/oe.514457
摘要

We implement variational shortcuts to adiabaticity for optical pulse compression in an active nonlinear Kerr medium with distributed amplification and spatially varying dispersion and nonlinearity. Starting with the hyperbolic secant ansatz, we employ a variational approximation to systematically derive dynamical equations, establishing analytical relationships linking the amplitude, width, and chirp of the pulse. Through the inverse engineering approach, we manipulate the distributed gain/loss, nonlinearity and dispersion profiles to efficiently compress the optical pulse over a reduced distance with high fidelity. In addition, we explore the dynamical stability of the system to illustrate the advantage of our protocol over conventional adiabatic approaches. Finally, we analyze the impact of tailored higher-order dispersion on soliton self-compression and derive physical constraints on the final soliton width for the complementary case of soliton expansion. The broader implications of our findings extend beyond optical systems, encompassing areas such as cold-atom and magnetic systems highlighting the versatility and relevance of our approach in various physical contexts.

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