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Faculté des Sciences appliquées
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Mémoire

Optical and Mechanical Design of a Phase-Induced Amplitude Apodizer for Efficient Fiber Coupling in Optical Communication Ground Stations AMOS SA

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Toussaint, Lily ULiège
Promoteur(s) : Habraken, Serge ULiège
Date de soutenance : 29-jui-2026/30-jui-2026 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/26133
Détails
Titre : Optical and Mechanical Design of a Phase-Induced Amplitude Apodizer for Efficient Fiber Coupling in Optical Communication Ground Stations AMOS SA
Titre traduit : [fr] Conception optique et mécanique d'un Apodiseur d'amplitude par modulation de phase (PIAA) pour l'optimisation du couplage en fibre optique dans les stations terrestres de communication optique
Auteur : Toussaint, Lily ULiège
Date de soutenance  : 29-jui-2026/30-jui-2026
Promoteur(s) : Habraken, Serge ULiège
Membre(s) du jury : Orban De Xivry, Gilles ULiège
Roose, Stéphane ULiège
Moreau, Vincent 
Langue : Anglais
Nombre de pages : 98
Mots-clés : [en] Fiber coupling
[en] Optical ground station
[en] Zemax OpticStudio
[en] Phase-Induced Amplitude Apodization
[en] PIAA
[en] SMF
[en] Single-mode fiber
Discipline(s) : Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie aérospatiale
Centre(s) de recherche : AMOS, Technology Development
Intitulé du projet de recherche : Advanced Research in Telecommunications Systems (ARTES)
Public cible : Chercheurs
Professionnels du domaine
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master en ingénieur civil en aérospatiale, à finalité spécialisée en "aerospace engineering"
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] Ground-to-space optical communication systems require injecting laser light into a single-mode fiber with maximum efficiency. This efficiency is fundamentally limited by the amplitude mismatch between the diffracted focal field and the Gaussian fiber mode, a mismatch that affects any finite aperture and is further exacerbated by a central obscuration. This represents a fundamental ceiling that adaptive optics alone cannot overcome. For the SALTO telescope used in the MOCA project (ESA/ARTES), with an obstruction ratio of 0.36, this limit stands at approximately 60%, reduced to 50% by the current injection optics. This thesis presents the optical and mechanical design of a Phase-Induced Amplitude Apodizer (PIAA) intended to break this amplitude ceiling. The PIAA uses a pair of mirrors to geometrically redistribute the beam intensity with near-unity throughput, reshaping the input pupil into a profile matched to the fiber mode. A Python-based geometric model derives the radial remapping law and mirror sag profiles from flux conservation, yielding a predicted coupling efficiency of 97.8%. The design is then validated in Ansys Zemax OpticStudio, where a systematic focal spot broadening by a factor of 1.21 is identified, attributed to diffraction at the finite annular exit pupil, and corrected by rescaling the target mode field radius. A compact mechanical assembly is designed in Autodesk Fusion using standard Thorlabs components, and a full tolerance and sensitivity analysis demonstrates that active compensation restores near-nominal coupling across the full range of expected fabrication errors. The final validated design achieves a coupling efficiency of 94.6%, representing a gain of 35 percentage points over the unapodized baseline.


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Access TFE_LTT.pdf
Description:
Taille: 11.95 MB
Format: Adobe PDF

Auteur

  • Toussaint, Lily ULiège Université de Liège > Master ing. civ. aéro., fin. spéc. aer. eng.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • Orban De Xivry, Gilles ULiège Université de Liège - ULiège > Département d'astrophys., géophysique et océanographie (AGO) > PSILab
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Roose, Stéphane ULiège Université de Liège - ULiège > CSL (Centre Spatial de Liège)
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Moreau, Vincent AMOS > Technology development division








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