All-fiber wavelength tunable acousto-optic mode converter based on a tapered optical fiber is demonstrated to efficiently generate orbital angular momentum states of light. In our scheme an acoustic wave is deployed to the waist of tapered optical fiber where two degenerate $HE_{21}$ modes leading to +1 and -1 orbital angular momentum eigen-modes are resonantly excited. The excitation of $TM_{01}$ and $TE_{01}$ modes is suppressed by enlarging the intermodal index difference between near-degenerate spatial modes. Numerical calculation for optimization of the taper diameter is provided. The experimental characterization of generated states is performed by analyzing the output far-field pattern and the spatial interference fringes with a uniform reference beam.
본 연구에서는 효율적인 소용돌이 모드 생성을 위해 테이퍼 된 광섬유를 이용한 전 광섬유 음향 광학 모드 변환기를 구현하였다. 테이퍼된 광섬유에 음파를 가하여 축퇴되어 있는 두개의 $HE_{21}$ 모드를 결합하여 +1 과 -1의 궤도 각운동량을 갖는 소용돌이 모드를 만들어 준다. 일반적인 계단 형 굴절률 분포를 가지는 이중 모드 광섬유에서는 첫번째 고차 모드인 $HE_{21}$, $TM_{01}$, $TE_{01}$ 모드가 거의 축퇴되어 있지만, 테이퍼를 통해 각 모드의 유효 굴절률 차이를 증가시켜 $HE_{21}$ 모드를 결합시켜줄 때 $TM_{01}$ 모드와 $TE_{01}$ 모드의 결합을 억제시켜 주었다. 또한 테이퍼된 광섬유의 지름을 결정하기 위한 수치 계산을 하였으며 생성된 소용돌이 모드의 특성 분석은 균일한 기준 광과 공간 간섭 줄무늬를 통해 확인하였다.
