Analytical light-bullet solutions of a ($3+1$)-dimensional nonlinear Schr\"odinger equation with inhomogeneous diffraction or dispersion and nonlinearity in the presence of the harmonic and parity-time-symmetric potentials are explored. Diffraction or dispersion and nonlinearity play important roles in the evolutional characteristics such as amplitude, width, and phase. The compression and broadening behaviors of light bullets are discussed and compared in the exponential, Gaussian and hyperbolic diffraction or dispersion decreasing media and the periodic distributed amplification system. Moreover, phase changes of light bullets in different systems are also illustrated.

Abstract Soliton pulsations are ubiquitous feature of non‐stationary soliton dynamics in mode‐locked lasers and many other physical systems. To overcome difficulties related to a huge amount of necessary computations and low efficiency of traditional numerical methods in modeling the evolution of non‐stationary solitons, a two‐parallel bidirectional long short‐term memory recurrent neural network (TP‐Bi_LSTM RNN) is proposed, with the main objective to predict dynamics of vector‐soliton pulsations (VSPs) in various complex states, whose real‐time dynamics is verified by experiments. For two examples, viz ., single‐ and bi‐periodic VSPs, with period‐21 and a combination of period‐3 and period‐43, the prediction results are better than provided by direct simulations – namely, deviations produced by the TP‐Bi_LSTM RNN results are 36% and 18% less than those provided by the simulations, respectively. This means that predicted results provided by the neural network are better than numerical simulations. Moreover, the prediction results for unstable VSP state with period‐9 indicate that the optimization of training sets and the number of training iterations are particularly important for the predictability. Besides, the scheme of coded information storage based on the TP‐Bi_LSTM RNN, instead of actual pulse signals, is realized too. The findings offer new applications of deep learning to ultrafast optics and information storage.

Abstract Micro‐swimming robots have been increasingly emphasized in the fields of targeted drug delivery and water surface cleaning, which mainly use open external structures or external environments to assist navigation, but there are still salient problems, such as the difficulty of stable capture and poor navigation accuracy. Theoretically, a light‐driven swimming robot can have a symmetrical embedded structure to constrain surface tension gradient forces and thermophoretic forces in a wide range of directions and convert them into precise directional forces. Therefore, a sustained‐capture swimming robot is developed with precise navigation consisting of TiO 2 /polypyrrole (PPy) composites containing a symmetric inner truncated‐cone hole structure and realized multiple controllable motion patterns. Excitingly, the capture motion of the TiO 2 /PPy inner truncated‐cone hole structure robot “TPHR” can be accurately controlled by programmable automation, with capture travel speeds of up to ≈23.64 mm s −1 . Its excellent kinematic performance stems from the high photothermal conversion efficiency (≈47.83%) of the composite and the synergistic effect between thermo‐capillary and thermo‐convective flows. Furthermore, a patterning precision movement, water surface oil‐cleaning microstructure assembly, etc. are realized, reflecting the engineering application value of TPHR. This structure provides a novel strategy for the development of micro‐swimming robots with stable capture and sustainable motion.

Abstract The carbon black (CB) is introduced to manufacture CB/graphene oxide (GO) composite material to mitigate limitations of GO as a saturable absorber with the excellent performance in ultrafast fiber lasers. At a central wavelength of 1555.5 nm, the stable mode-locked pulse with the width of 656 fs, a repetition rate of 20.16 MHz, and a high signal-to-noise ratio of 82.07 dB is experimentally obtained. Additionally, experimental observations for pulsation phenomena of vector biperiodic solitons combining period-1 and period-17, period-2 and period-32, period-3 and period-36, are verified through simulations.

As a member of the chalcogenide family, NiSe exhibits a direct bandgap of 1.74 eV, making it a promising candidate for nonlinear optical devices. However, its potential in the near-infrared region of the telecommunication band has not been fully explored. In this study, a well-coupled saturable absorber (SA) device is fabricated for the first time using NiSe nanosheets, and it is applied to an ultrafast fiber laser, achieving an ultrashort pulse laser output with an optical conversion efficiency of 13.9%. The laser based on NiSe SA achieves tunable multisoliton mode locking, including conventional solitons, bound-state solitons, dual-wavelength solitons, and second to fourth harmonic solitons, over a wavelength range of 1528.5-1556 nm by adjusting the resonator's polarization state through the polarization controller and controlling the pump power. Numerical simulations and soliton dynamic analysis in the study of NiSe SA reveal the intricate details and behaviors of ultrafast soliton pulse locking. The results indicate that the well-coupled NiSe SA, characterized by a modulation depth of 36.73%, a saturation intensity of 0.287 MW/cm