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高功率铒<sup>3+</sup>/镱<sup>3+</sup>共掺双包层光纤放大器在空间应用中的热效应理论研究

DOI：10.1002/pssa.201800582 期刊：physica status solidi (a) 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 本文采用基于空间相关速率方程和三维非均匀热传导模型的多物理场数值模型，研究了Er3t/Yb3t共掺双包层光纤放大器在空间应用约束条件下的性能表现。分析了光纤长度、涂覆层厚度及纤芯半径变化的影响，并考察了高功率光信号沿光纤传输产生的热效应对放大器增益的作用。推导并建立了折射率、发射与吸收截面以及辐射诱导衰减的温度依赖性模型。研究发现涂覆层厚度会影响整根光纤的温度分布：较厚的涂覆层既能缓解光纤轴向温度波动，又能增大纤芯中心与外表面之间的温差。此外，较大纤芯会带来更高光学增益但需要更短的光纤长度。数值模拟结果表明，热效应会显著降低放大器的整体性能。
作者： Cosimo Campanella，Luciano Mescia，Pietro Bia，Michele A. Chiapperino，Sylvain Girard，Thierry Robin，Julien Mekki，Emmanuel Marin，Aziz Boukenter，Youcef Ouerdane
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研究概述 实验方案

研究目的

研究掺铒镱双包层光纤放大器在空间应用相关约束条件下的性能表现，重点关注热效应、光纤长度、涂覆层厚度及纤芯半径变化的影响。

研究成果

热效应会显著降低放大器性能，尤其在较短光纤和较高辐射剂量条件下。较厚的涂层可缓解温度波动并提升均匀性，而较大纤芯半径虽能增强增益，但需谨慎管理以避免温度引发的导光问题。该模型通过考虑热约束条件，有助于优化空间应用中的放大器设计。

研究不足

该研究为理论性和数值性研究，依赖于模型和假设；未包含实验验证。该模型可能无法捕捉现实中的所有复杂因素，例如极端条件下精确的材料行为或方程中未考虑的相互作用。

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