We present both modeling and computational advancements to a unique three-dimensional discontinuous Petrov-Galerkin finite element model for the simulation of laser amplification in a fiber amplifier. Our model is based on the time-harmonic Maxwell equations, and it incorporates both amplification via an active dopant and thermal effects via coupling with the heat equation. As a full vectorial finite element simulation, this model distinguishes itself from other fiber amplifier models that are typically posed as an initial value problem and make significantly more approximations. Our model supports co-, counter-, and bi-directional pumping configurations, as well as inhomogeneous and anisotropic material properties. The longer-term goal of this modeling effort is to study nonlinear phenomena that prohibit achieving unprecedented power levels in fiber amplifiers, along with validating typical approximations used in lower-fidelity models. The high-fidelity simulation comes at the cost of a high-order finite element discretization with many degrees of freedom per wavelength. This is necessary to counter the effect of numerical pollution due to the high-frequency nature of the wave simulation. To make the computation more feasible, we have developed a novel longitudinal model rescaling, using artificial material parameters with the goal of preserving certain quantities of interest. Our numerical tests demonstrate the applicability and utility of this scaled model in the simulation of an ytterbium-doped, step-index fiber amplifier that experiences laser amplification and heating. We present numerical results for the nonlinear coupled Maxwell/heat model with up to 240 wavelengths.


翻译:我们的模型基于时间- 调和 Maxwell 方程式, 并且它包含通过活跃的多帕和热等式的热效应的放大。 作为完全矢量有限元素模拟, 这个模型与通常作为初始值问题形成的其他纤维放大模型有区别, 并且更接近。 我们的模型支持在纤维放大器中模拟激光放大的共向、 反向和双向泵配置, 以及不均匀和反向材料特性。 我们模型的长期目标是研究非线性现象, 禁止在纤维放大器中达到前所未有的电位, 同时验证在低纤维变异模型中使用的典型近似近似值。 高纤维放大模型以高阶定值为代价, 每波长有多种度的离异度。 这对于应对由于高频易变异性易变异性易变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变性变异性变异性变异性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变异性变异性变异性变异性变异性变性变性变异性变性变性变异性变异性变异性变异性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变异性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性变性

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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