@phdthesis{Diab2021,
  author    = {Diab, Momen},
  title     = {Enabling astrophotonics: adaptive optics and photonic lanterns for coupling starlight into the single-mode regime},
  doi       = {10.25932/publishup-53901},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-539012},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xvii, 177},
  year      = {2021},
  abstract  = {Ground-based astronomy is set to employ next-generation telescopes with apertures larger than 25 m in diameter before this decade is out. Such giant telescopes observe their targets through a larger patch of turbulent atmosphere, demanding that most of the instruments behind them must also grow larger to make full use of the collected stellar flux. This linear scaling in size greatly complicates the design of astronomical instrumentation, inflating their cost quadratically. Adaptive optics (AO) is one approach to circumvent this scaling law, but it can only be done to an extent before the cost of the corrective system itself overwhelms that of the instrument or even that of the telescope. One promising technique for miniaturizing the instruments and thus driving down their cost is to replace some, or all, of the free space bulk optics in the optical train with integrated photonic components. Photonic devices, however, do their work primarily in single-mode waveguides, and the atmospherically-distorted starlight must first be efficiently coupled into them if they are to outperform their bulk optic counterparts. This is doable by two means: AO systems can again help control the angular size and motion of seeing disks to the point where they will couple efficiently into astrophotonic components, but this is only feasible for the brightest of objects and over limited fields of view. Alternatively, tapered fiber devices known as photonic lanterns — with their ability to convert multimode into single-mode optical fields — can be used to feed speckle patterns into single-mode integrated optics. They, nonetheless, must conserve the degrees of freedom, and the number of output waveguides will quickly grow out of control for uncorrected large telescopes. An AO-assisted photonic lantern fed by a partially corrected wavefront presents a compromise that can have a manageable size if the trade-off between the two methods is chosen carefully. This requires end-to-end simulations that take into account all the subsystems upstream of the astrophotonic instrument, i.e., the atmospheric layers, the telescope, the AO system, and the photonic lantern, before a decision can be made on sizing the multiplexed integrated instrument. The numerical models that simulate atmospheric turbulence and AO correction are presented in this work. The physics and models for optical fibers, arrays of waveguides, and photonic lanterns are also provided. The models are on their own useful in understanding the behavior of the individual subsystems involved and are also used together to compute the optimum sizing of photonic lanterns for feeding astrophotonic instruments. Additionally, since photonic lanterns are a relatively new concept, two novel applications are discussed for them later in this thesis: the use of mode-selective photonic lanterns (MSPLs) to reduce the multiplicity of multiplexed integrated instruments and the combination of photonic lanterns with discrete beam combiners (DBCs) to retrieve the modal content in an optical waveguide.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Jankowski2004,
  author    = {Jankowski, \poundsukasz},
  title     = {Modelling and simulation of light propagation in non-aged and aged step-index polymer optical fibres},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001649},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2004},
  abstract  = {Kunststofflichtwellenleiter (POFs) stellen ein verh{\"a}ltnism{\"a}ßig neues Medium zur optische Datenkommunikation {\"u}ber kurzen Strecken dar. W{\"a}hrend ihrer Einsatzdauer unterliegen POFs unterschiedlichen Arten von Umweltbeanspruchungen, haupts{\"a}chlich durch hohe Temperatur, hohe Feuchtigkeit und mechanischen Belastungen. Zahlreiche experimentelle Forschungen besch{\"a}ftigten sich mit der standardisierten Pr{\"u}fung der Zuverl{\"a}ssigkeit von im Handel erh{\"a}ltlichen Fasern. Jedoch gab es bisher wenig Erfolg bei der Bem{\"u}hung, zwei grundlegende optische Erscheinungen, Absorption und Streuung, die die Lichtausbreitung in Fasern stark beeinflussen, zu verstehen und praktisch zu modellieren: Diese beiden Effekte beschreiben nicht nur die Qualit{\"a}t neuer Fasern, sondern sie werden auch stark durch die Alterungsprozess beeinflusst. Der Hauptzweck dieser Doktorarbeit war es, ein praktisch verwendbares und theoretisch gut fundiertes Modell der Lichtausbreitung in nicht gealterten und gealterten POFs zu entwickeln und es durch optische Experimente zu verifizieren. Dabei wurden anwendungsorientierte Aspekte mit theoretischer POF-Modellierung kombiniert. Die Arbeit enth{\"a}lt die erste bekannte Anwendung der Wellenanalyse zur Untersuchung der winkelabh{\"a}ngigen Eigenschaften der Streuung in Lichtwellenleitern. F{\"u}r die praktischen Experimente wurden mehrere POF-Proben unterschiedlicher Hersteller k{\"u}nstlich gealtert, indem sie bis 4500 Stunden bei 100 °C gelagert wurden (ohne Feuchtekontrolle). Die Parameter der jeweiligen Simulationen wurden mittels einer systematischen Optimierung an die gemessen optischen Eigenschaften der gealterten Proben angeglichen. Die Resultate deuten an, dass der {\"U}bertragungsverlust der gealterten Fasern in den ersten Tagen und Wochen der Alterung am st{\"a}rksten durch eine wesentliche physikalische Verschlechterung der Kern-Mantel-Grenzfl{\"a}che verursacht wird. Chemische Effekte des Alterungsprozesses scheinen im Faserkernmaterial zuerst nach einigen Monaten aufzutreten.},
  language  = {en}
}
@book{Jankowski2004,
  author    = {Jankowski, \poundsukasz},
  title     = {Modelling and simulation of light propagation in non-aged and aged step-index polymer optical fibres. - [{\"u}berarb. Diss.]},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001659},
  publisher      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2004},
  abstract  = {Kunststofflichtwellenleiter (POFs) stellen ein verh{\"a}ltnism{\"a}ßig neues Medium zur optische Datenkommunikation {\"u}ber kurzen Strecken dar. W{\"a}hrend ihrer Einsatzdauer unterliegen POFs unterschiedlichen Arten von Umweltbeanspruchungen, haupts{\"a}chlich durch hohe Temperatur, hohe Feuchtigkeit und mechanischen Belastungen. Zahlreiche experimentelle Forschungen besch{\"a}ftigten sich mit der standardisierten Pr{\"u}fung der Zuverl{\"a}ssigkeit von im Handel erh{\"a}ltlichen Fasern. Jedoch gab es bisher wenig Erfolg bei der Bem{\"u}hung, zwei grundlegende optische Erscheinungen, Absorption und Streuung, die die Lichtausbreitung in Fasern stark beeinflussen, zu verstehen und praktisch zu modellieren: Diese beiden Effekte beschreiben nicht nur die Qualit{\"a}t neuer Fasern, sondern sie werden auch stark durch die Alterungsprozess beeinflusst. Der Hauptzweck dieser Doktorarbeit war es, ein praktisch verwendbares und theoretisch gut fundiertes Modell der Lichtausbreitung in nicht gealterten und gealterten POFs zu entwickeln und es durch optische Experimente zu verifizieren. Dabei wurden anwendungsorientierte Aspekte mit theoretischer POF-Modellierung kombiniert. Die Arbeit enth{\"a}lt die erste bekannte Anwendung der Wellenanalyse zur Untersuchung der winkelabh{\"a}ngigen Eigenschaften der Streuung in Lichtwellenleitern. F{\"u}r die praktischen Experimente wurden mehrere POF-Proben unterschiedlicher Hersteller k{\"u}nstlich gealtert, indem sie bis 4500 Stunden bei 100 °C gelagert wurden (ohne Feuchtekontrolle). Die Parameter der jeweiligen Simulationen wurden mittels einer systematischen Optimierung an die gemessen optischen Eigenschaften der gealterten Proben angeglichen. Die Resultate deuten an, dass der {\"U}bertragungsverlust der gealterten Fasern in den ersten Tagen und Wochen der Alterung am st{\"a}rksten durch eine wesentliche physikalische Verschlechterung der Kern-Mantel-Grenzfl{\"a}che verursacht wird. Chemische Effekte des Alterungsprozesses scheinen im Faserkernmaterial zuerst nach einigen Monaten aufzutreten.},
  language  = {en}
}