用FDTD模拟分析高阶色散对光孤子传输的影响

利用时域有限差分方法（FDTD）求解含高阶色散效应的非线性薛定谔方程（NLS）,数值模拟结果表明：FDTD方法的计算结果与传统的分步傅里叶变换法的模拟结果完全一致,三阶色散效应使孤子脉座沿传播方向的右侧出现振荡,而四阶色散效应使孤子脉座双侧出现振荡,严重影响了孤子的传输。FDTD方法原理简单,易于编程,其随时间空间推进的方式可方便地给出了孤子传输的全过程。     

不同网格长度对FDTD分析计算的影响

时域有限差分(FDTD)法作为一种数值计算方法,在对电磁问题分析时存在不可避免的问题.着重分析了不同网格长度对FDTD分析电磁问题结果的影响,简明扼要地阐述了FDTD数值稳定性条件和数值色散问题中的空间步长和时间步长的关系,通过实验说明在FDTD计算中确定网格长度的依据,即网格长度应满足一定的条件Δ<λ/10,同时还要考虑到时间步长Δt的取值来保证FDTD计算的稳定性.     

对流方程的四阶中心差分格式

在模拟波现象的领域里，有限差分方法有着广泛的应用．对线性波传播方程(即对流方程)的一个空间上四阶中心差分、时间上蛙跳的格式给出了数值实验结果．通过导出的该格式的modified PDE及余项效应分析理论，改造了原格式，从而提高了数值结果的性能．同时，利用Runge-Kutta时间离散方法取代了蛙跳格式，在不增加格式复杂度的前提下，改进了数值结果．最后分析了实验现象的成因，并简要讨论了一些高阶紧致差分格式．     

RK-MRTD算法的稳定性及数值色散性分析

将龙格-库塔(Runge-Kutta)方法引入到时域多分辨分析(MRTD)算法,即在时间上采用Runge-Kutta方法离散,并用此算法解决传统时域有限差分(FDTD)算法较大的色散误差问题.对Runge-Kutta时域多分辨分析算法(RK-MRTD)的稳定性和数值色散性进行系统分析,数值结果表明该方法具有高精度性.     

改进的高阶FDTD方法在散射问题中的应用

对Maxwell方程进行了变形,变形后的方程将所考查的媒质空间的特性集中反映在2个本构关系式中,大大简化了FDTD方法实现的难度。为了提高精度,推导了变形后麦氏方程的高阶FDTD差分格式,实现了高阶FDTD(HO-FDTD)的理想匹配层(PML)吸收边界条件,并对介质目标的雷达散射截面(RCS)进行了数值计算,计算结果表明,该方法具有很高的计算精度和计算效率。     

金属材料复介电常数在电磁波时域有限差分方法中的实现方法

由于金属材料的介电常数为复数,直接利用时域有限差分方法(FDTD)处理金属材料电磁波问题时,会导致计算结果的发散及不稳定问题.本文采用各向同性有损耗金属材料介电常数的Drude色散模型,利用电位移矢量作为辅助中间变量,推导出了各向同性色散金属材料的辅助差分FDTD迭代公式.利用该辅助迭代公式计算了金属Au光栅与平面电磁波的相互作用,结果表明该方法解决了数值计算中的不稳定问题,模拟效果较好.     

色散缓变光纤中高阶色散和高阶非线性下的交叉相位调制不稳定性

从包含高阶色散和高阶非线性的广义非线性薛定谔方程出发,理论上推导了色散缓变光纤(DDF)中交叉相位调制(XPM)不稳定增益谱,分析了4阶色散、5阶非线性系数以及光纤纵向色散参量对增益谱的影响.数值仿真结果表明:在DDF的正、反常色散区,4阶色散导致XPM不稳定均发生在两个频谱区.正(负)5阶非线性使增益谱的谱宽和峰值增大(减小).DDF中XPM不稳定增益谱宽比常规光纤的宽,且随着光纤纵向色散参量的增大,DDF中XPM不稳定越来越明显.     

用指数差分实现有耗介质的WEFDTD方法

提出了有耗介质下的波动方程时域有限差分法(WEFDTD),并应用得到其指数差分的差分格式。与传统的FDTD和采用普通差分的WEFDTD相比,提高了计算精度,且不增加存储量。同时,将这一差分方法推广得到其高阶形式。数值实验证明了这一方法的有效性。     

用FDTD法建模波导器件时数值色散的仿真研究

时域有限差分法(FDTD)在电磁场数值计算中占有重要的地位。但是,由于时域有限差分法只是原Maxwell旋度方程的一种近似,当在计算机的存储空间对电磁波的传播进行模拟时,即使是在非均匀介质中也会出现色散现象,且电磁波的相速度随波长、传播方向及变量离散化的情况而发生变化。受计算机存储空间和计算速度的限制及色散机理的多样性和复杂性,少有文献对此进行精确定量的数值分析。本文通过对平面光波导在不同时间步长和空间步长时光场分布的仿真,探讨了减小FDTD法数值色散的具体措施,对改进FDTD法固有缺陷和提高FDTD法计算精度具有直观的理论指导,为复杂波导器件的设计和制造提供了预测手段。     

一种降低交替方向隐式时域有限差分数值色散的方法

针对交替方向隐式时域有限差分方法(ADI-FDTD)数值色散严重的缺点,提出了一种低数值色散的各向同性 ADI-FDTD 方法.该方法在ADI-FDTD方法的差分近似微分中引入各向同性差分模板,并通过确定各向同性差分的加权系数来近似实现各向同性,然后人为修正空间的介质参数来减少各个方向上的数值色散误差,因此在模拟一定带宽的时域问题时可有效提高计算精度和计算效率.仿真结果表明,该方法在单频上可近似实现无数值色散误差,在所优化的频带附近其数值色散误差是 ADI-FDTD 方法的1%.     

采用等效介电常数时域差分法分析二维介质型光子晶体色散特性

针对差分法中难以近似处理不同介质分界面处单元差分网格中沿x,y,z轴各方向等效介电常数值的问题,提出了将"电容串并联"的电路概念引入于各方向等效介电常数的近似计算中,并导出几种非匀质单元网格中等效介电常数的计算式.采用等效介电常数的时域有限差分法计算二维介质型光子晶体的色散特性可灵活地剖分网格,既能获得很高的计算精度,又可节省计算时间和计算内存.此等效介电常数公式也可用于其他电磁问题的差分法分析,以提高计算效率.     

非平行多导体传输线串扰的快速时域分析算法

基于高阶FDTD(2,4)方法(时域有限差分方法)和传输线方程研究一种高效的时域混合算法,实现非平行多导体传输线串扰的快速计算.首先,将非平行多导线按照时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)网格分解成多段相对独立的传输线段.然后,采用传输线方程,构建各段多导线的串扰模型.由于传输线方程的精度取决于非平行多导线的单位长度分布参数,因此,根据平行多导线单位长度分布参数经验公式,推导了适用于非平行多导线的单位长度分布参数计算公式.最后,采用高阶FDTD(2,4)的大空间步长对传输线方程进行差分离散,从而在不影响计算精度的前提下,大幅减少迭代网格数,提高了计算效率.通过理想导电板上非平行多导线不交叉和交叉两种情况下的串扰仿真,与商用电磁仿真软件CST的计算结果和耗用时间进行对比,验证了时域混合算法的正确性和高效性.     

基于多分辨率的时域方法在微波集成电路中的应用

将基于多分辨率分析的时域方法（ＭＲＴＤ）用于微波集成电路中多层介质导体互连线的时域电磁场分析,推导了基于ＭＲＴＤ的一阶Ｍｕｒ＇ｓ吸收边界条件的差分格式,进而采用理想匹配层（ＰＭＬ）技术形成吸收边界,使适用范围从原来的封闭系统推广到开放系统．用此方法对微波集成电路互连线进行了分析,结果与传统ＦＤＴＤ比较一致．由于ＭＲＴＤ方法的色散特性较好,则可用比ＦＤＴＤ少得多的网格数来模拟电磁结构,从而达到与ＦＤＴＤ相同的计算精度     

高效分裂平面波FDTD方法研究

文章针对二维TMz模提出了一种新的基于分裂场思想的FDTD平面波源高效引入方法:分裂平面波FDTD法(SP-FDTD),该方法从根本上消除了插值及相速不匹配带来的误差;通过对不同入射角度的正弦平面波源及高斯脉冲波源的泄漏测试,结果表明SP-FDTD可以实现完美的总场/散射场分离,使得泄露降至-340dB的水平;另外,SP-FDTD方法可以推广至三维及高阶FDTD情形,这也是本文所提方法的优势。     

高速光纤通信系统中高阶PMD补偿方法的研究

简要分析了偏振相关色散对光通信系统性能的影响,提出了一种三阶段高阶偏振模色散补偿方案。从理论上分析了它同时补偿偏振相关色散和偏振主态旋转的可能性,并就工作方式、控制算法和补偿理论进行了较为详细的分析与描述．     

FDTD modeling of transient scattering by subsurface targets

In this paper, a two-dimensional (2-D) finitedifference time-domain method (FDTD) scheme is used to simulate the transient scattering characteristics of buried objects, which are modeled by columns of arbitrary permittivities, conductivities, and sizes. The FDTD soil is modeled by isotropic, homogeneous and lossy media. The standing-traveling wave boundary condition (STWBC) that can simplify calculation and save CPU storage is used for modeling physical absorbers inside the FDTD computational dornairL Reflection of electromagnetic pulses incident on a layered medium and transient scattering by the ground and an underground airsqu are cylinder are computed. These results verify the validity of the FDTD scheme by comparisons with those shown in some references. Numerical results presented in the final part of this paper are desirable and meaningful, explicitly distinguishing echo waves stemming from the ground and the buried ohjects.     

二维麦克斯韦方程的对称分裂时域指数差分方法

笔者将能量守恒的对称分裂时域有限差分方法（EC-S-FDTD）与指数差分方法相结合,提出了电导率不为零的二维麦克斯韦方程的对称分裂时域指数差分方法（SSE-FDTD）,分析了此方法的截断误差,得出SSE -FDTD在空间和时间上均达到二阶,并且用能量方法推导出此方法的能量恒等式,由此证明了格式的无条件稳定性,数值算例验证了该方法的有效性和能量守 .恒性.     

用三维时域有限差分法研究随钻声波测井仪器隔声体的设计

在柱坐标系中,利用三维时域有限差分方法研究了随钻声波测井仪器的隔声体设计.结果表明,不同结构的隔声体对钻铤纵模式波的时延量和隔声量存在很大差异.一种由周期性交错排列的凹槽构成的隔声体,相比于由圆环形凹槽构成的隔声体,具有更好的隔声效果.