This thesis explores methods to control the dynamics of intracavity multi-solitons in fiber Kerr resonators using Brillouin scattering in two distinct approaches. First, the soliton formation dynamics in the fiber resonator where the Brillouin scattering has been allowed to be lasing from noise have been theoretically and experimentally investigated. The lasing of Brillouin scattering leads to a flattening intra-cavity power across a wide range of cavity detuning, which aids forward Brillouin scattering in contributing to gain of modulation instability, resulting in the formation of an optical Turing pattern with the period of transverse acoustic wave in the optical fiber. At high driving power, this pattern has evolved into formation of supramolecular-soliton-arrays with the same period. Amid the soliton formation, it has been demonstrated that breathing dynamics occur in presence of the interplay among modulation instability, forward Brillouin scattering and backward Brillouin scattering. Second, the wide-range-tunability of modulation instability frequency has been demonstrated by Brillouin scattering in gain-transparent scheme, which arises from frequency-selective detuning change only exerted within the narrow bandwidth of Brillouin scattering around the driving mode. Our work may pave the way for Brillouin scattering to enable reconfigurable control of nonlinear dynamics, applicable to advanced signal processing in nonlinear cavities and lasers.
본 학위논문은 광섬유 커 공진기 내 다중 공진기 솔리톤의 동역학을 브릴루앙 산란을 통해 제어하는 방법 두 가지를 제시한다. 첫번째로, 브릴루앙 산란이 노이즈로부터 발진하는 광섬유 공진기에서 솔리톤 발생 역학에 대해 이론과 실험을 통해 분석하였다. 브릴루앙 산란의 발진은 넓은 공진기 디튜닝 구간에 걸쳐 공진기 내부 파워를 일정하게 유지시켜 전방 브릴루앙 산란이 변조 불안정성 이득곡선을 바꾸도록 도와주며, 이는 광섬유의 횡방향 음파 주기의 광 튜링 패턴을 발생시킨다. 높은 구동 파워에서 이 패턴은 같은 주기의 초분자구조의 솔리톤 배열의 생성으로 발전한다. 솔리톤이 발생되는 과정 중에서 변조 불안정성과 전방, 후방 브릴루앙 산란의 상호작용에 의해 호흡동역학이 발생함을 보였다. 두번째로, 브릴루앙 산란의 이득투명방식을 통해 변조 불안정성 주파수를 넓은 범위에서 제어하였으며, 이는 좁은 브릴루앙 선폭 내 가동모드 주변에서만 디튜닝 변조가 일어났기 때문이다. 이러한 결과들은 브릴루앙 산란을 이용해 비선형 동역학 제어를 재구성하는 방법을 제시하며, 이는 비선형 공진기와 레이저에서 신호 처리에 응용될 것으로 기대된다.
