FDTD计算中PML的简化应用及编程实现

通过对空间PML的构造及PML中分裂场的特性分析,对FDTD计算中PML的应用进行了简化;同时对编程思想进行了改进。整个分析过程简明了然,无需对PML进行分区,也无需对顶角和棱边另外处理,极大地简化了计算过程。     

声学FDTD法完全匹配层数和衰减系数对衰减性能的影响

分析了声学时域有限差分(FDTD)法中完全匹配层(PML)层数、衰减系数对吸收效果的影响.通过建立研究PML边界吸收性能的模型发现:PML边界层层数和衰减系数的选择相互关联;边界层数越多,PML的吸收效果越好,但计算量增大;层数一定时,需要为各衰减层设置合适的衰减系数,以减少衰减系数差异带来的数值反射;在实际计算中,应...     

基于FDTD的二维舰船RCS的计算

建立以某舰船为参照的艏向与正横向的近似二维模型,基于二维时域有限差分法计算舰船的艏向与正横向在不同频率入射波情况下的雷达散射截面,并根据计算结果对某舰船的雷达隐身特性进行分析．此方法能用于分析现有舰船的电磁散射特性,也能用来预估和优化未来武器系统对目标的电磁散射特性要求,为日后舰船RCS预估计提供依据．     

基于FDTD的孔缝金属箱屏蔽效能分析

为了分析与解决复杂平台上的天线与其周围指挥舱等金属结构之间的电磁干扰问题,以期将天线对指挥舱内的电子设备的干扰降到最小.应用时域有限差分算法计算了2根振子天线辐射下带孔缝金属箱子的屏蔽效能.通过计算金属箱内部一点的电场强度和频谱特性,研究了形状不同、尺寸不同、面积相同和数目不同等窗口状态对带孔缝金属箱的屏蔽效能的影响,得出了提高带孔缝金属箱的屏蔽效能的一些方法手段.能有效解决工作于车、船和飞机等复杂电磁环境的天线干扰其周围指挥舱等金属结构内电子设备的电磁问题.     

CFS-PML在探地雷达FDTD法模拟中应用

探地雷达(GPR)数值模拟中,为了使截断边界处不产生人为的反射波,需要加载边界条件.目前常用的完全匹配层(PML)边界对隐失波、低频波、掠角波等不能很好地吸收.为此,在时域有限差分(FDTD)法中引入复频移卷积完全匹配层(CFS-PML).从二维TM波的Maxwell方程组出发,阐述了CFS-PML边界条件的原理,推导了CFS-PML边界加载的离散差分公式,给出了CFS-PML边界条件的参数选取原则.应用均匀介质中GPR波场快照,对比了截断处没有加载边界条件、加载3种不同边界条件的边界处反射波的强弱,实例说明单轴各向异性完全匹配层(UPML)、CFS-PML边界条件具有较好的吸收效果.为了进一步对比UPML与CFS-PML的吸收效果,设置了双层介质狭长模型,通过波场快照与全局反射误差证明了CFS-PML对隐失波、低频波、掠角波的吸收较UPML效果更佳.     

导电织物电磁屏蔽特性的数值计算

采用绝对稳定的时域有限差分法,结合完全匹配层(PML)吸收边界条件,计算了由直径为微米量级导电纤维构成的织物对TEM波的屏蔽．考察了织物的几何参数、纤维的电磁参数和入射场极化方向与屏蔽效能(SE)之间的关系．在此基础上,对薄膜和织物的电磁屏蔽特性进行了对比分析．用我们研制的新型导电纤维编织的织物样品进行了测量,结果和数值计算符合较好。     

一种截断Cole-Cole色散媒质CPML的FDTD方案

近年来,基于帕德(Padé)近似法,一种面向一般Cole-Cole色散媒质的时域有限差分(FDTD)方案被提出.为了应用该方案处理实际的电磁问题,发展了一种对应的卷积完全匹配层(CPML)吸收边界.该吸收边界具有复杂度低的优势,便于问题空间和吸收边界的统一处理.通过一维、三维2个算例,初步证实了该边界的良好吸收效果.     

有耗色散地质介质中电磁波传播特性的FDTD计算分析

介绍一种基于三维时域有限差分法(FDTD)的有耗色散地质介质中电磁波传播特性数值分析方法。通过将色散介质本构关系和场量关系直接变换为时域微分方程的方法,导出了适用于一般色散介质中电磁场分析的时域有限差分法计算公式,并将完全匹配层(PML)吸收边界融入了FDTD计算格式。通过计算分析了介质色散对电磁波场传播的影响,观测到介质色散会导致电磁脉冲在传播中波形展宽、位相滞后、幅度减小。因此,电磁探测数据的处理解释应将介质的色散影响纳入考虑。     

PML吸收边界条件下TM波的时域有限差分法分析

本文介绍了时域有限差分法的基本原理,通过场区的FDTD公式分析了PML边界及其相关参数设置的要求。最后以自由空间中TM波传播为实例,利用C语言编写了FDTD程序,并对结果进行了详细分析。     

多层媒质中电磁波反射与透射的FDTD研究

以时域有限差分法（FDTD）方法为工具,研究了电磁波在多层媒质中的反射与透射情况．为验证该方法的有效性,给出了三层媒质的反射与透射系数,而FDTD法的计算结果与之相符较好．由于FDTD法模拟了波的自然传播情况,因此在处理多层复杂媒质的反射与透射问题以及显示全空间的场强分布方面,相对解析方法有着巨大的优势．     

聚合物阵列波导光栅波分复用器的研究

利用甲基丙稀酸甲酯-甲基丙稀酸缩水甘油酯共聚物制作聚合物光波导，对聚合物阵列波导光栅波分复用器的原理、版图设计及制作工艺进行了研究。设计了聚合物阵列波导光栅的版图，并利用厚胶掩模和铝掩模两种工艺完成了聚合物阵列波导光栅光波导的制作。实验结果证明，与厚胶掩模相比，铝掩模具有较好工艺重复性，同时也更能实现设计所要求的参数。     

三维FDTD中完全匹配层的应用

介绍了完全匹配层推广到三维情况，并且在ＦＤＴＤ方法中应用于完全匹配层吸收边界计算了自由空间中电偶极子辐射问题，得到了非常精确的结果。     

标量FDTD法分析渐变折射率光波导模场分布

用标量时域有限差分法（Finite-differece Time-domain Method,FDTD法）分析了渐变折射率平面光波导中基模的模场分布情况，采用平面光波、球面光波、高斯光波等5种不同形态的光波激励同一波导，借助计算机进行数值求解，得到的光场分布图在光场传播达到稳定后完全相同，说明波导的模式与光波形态无关，只与波导结构和光波波长有关，结果表明该方法直观、精确、快速，并与解析法分析的结果一致。     

FDTD算法的Matlab语言实现

分析了FDTD算法的基本原理及两种典型边界条件的算法特点,给出了Matlab语言编程的步骤和应注意的问题,并给出了实际的仿真结果,最后得出用Matlab语言对FDTD算法编程的几点结论.     

标量时域有限差分法用于平面光波导模场分析

用二维标量时域有限差分法分析了平面光波导基模的模场分布情况，在设置场源时分别用了五种不同形态的光源作为激励，在光传播到一定距离和时间后得到的五种不同激励下的稳态模场分布完全相同，并与解析法讨论的结果一致。     

介质频率选择表面FDTD法分析

用FDTD法分析了介质频率选择表面的频率特性。由Floquet定理建立了周期边界条件。采用单色波斜入射,可以方便地对电场和磁场施加周期边界条件,从而将计算域限制在一个周期结构内。     

光孤子在非线性光子晶体弯曲波导中的传输特性研究

通过数值模拟方法研究了非线性光子晶体波导中光孤子的传输特性,研究重点是光在基于二维光子晶体材料制作的弯曲波导中的透射行为,结果表明光孤子经过传统方法制作的弯曲波导后能量完全衰减,而通过调制波导弯曲处晶体的结构,光孤子可以完美的传输,没有畸变和能量损耗。此外,也总结了调制波导弯曲处光子晶体结构以提高光孤子的透射率应遵循的原则。     

阵列波导光栅的色散特性研究

从N×N波分复用器阵列波导光栅的光栅方程出发,讨论了阵列波导光栅的色散原理,并进行了理论推导,得到了信道间隔△f、自由光谱范围和频率响应函数;其光谱响应曲线表明,阵列波导的频响等效为一高斯带通滤波器.讨论得到的相关结果与有关实验结论一致.     

椭圆波导与椭圆同轴传输线的截止波长的FDTD法分析

椭圆波导和椭圆同轴传输线在实际中呈现出越来越重要的意义,而对它们的传输特性理论分析却比较薄弱,本文采用当代流行的数值长法－0－时域有限差分法（FDTD法）计算和分析了椭圆波导及椭圆同轴传输线的截止波长,并给出场分布,该方法可推广用于计算椭圆微带屏蔽传输线的传输特性。     

A wide tuning range electro-optic filter based on long-period waveguide grating

We present the design of an electro-optic filter with polarization insensitivity based on a long period waveguide grating. The filter exhibits an ultra-large wavelength tuning range of exceeding 35 nm and covering the whole C band (1530 to 1565 nm) in a bias voltage range from −84 to 84 V. In the whole tuning range, the transmission coefficients for quasi TE modes are over 97% and the 3 dB bandwidths are below 0.8 nm. The wavelength sensitivity to the tunable voltage is about 0.208 nm/V. This electro-optic filter can be used in dynamic WDM networks for fast wavelength scanning/selection, communication channel reconfiguration, and optical switching.