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Simulation of Optical Devices Using Parallel FDTD Method
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作者 Liu Xin, Li Kang, Kong Fanmin(School of Information Science and Engineering, Shandong University Jinan 250100, Shandong, P.R.China,Tel:86-531-8361608, E-mail:edwardlx@163.com) 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第S1期307-308,共2页
On this paper, we investigate the algorithm and efficiency of simulation of optical devices using parallel computing method, implement some real wavelength division multiplexing (WDM) components such as resonators to ... On this paper, we investigate the algorithm and efficiency of simulation of optical devices using parallel computing method, implement some real wavelength division multiplexing (WDM) components such as resonators to test the method's possibility and efficiency. 展开更多
关键词 parallel fdtd Optical Device
原文传递
面向电大多尺度模型的大规模并行对称半正定亚网格FDTD算法
2
作者 陈晓洁 鲍献丰 +2 位作者 李瀚宇 张爱清 周海京 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期649-656,共8页
针对计算电磁学算法应用于实际工程问题时面临的计算模型电大尺寸多尺度瓶颈,基于自研的高性能并行计算框架JASMIN,通过提出融合h-自适应时间积分算法流程的对称半正定亚网格FDTD算法流程,实现了具备大规模并行能力的亚网格时域有限差分... 针对计算电磁学算法应用于实际工程问题时面临的计算模型电大尺寸多尺度瓶颈,基于自研的高性能并行计算框架JASMIN,通过提出融合h-自适应时间积分算法流程的对称半正定亚网格FDTD算法流程,实现了具备大规模并行能力的亚网格时域有限差分(FDTD)算法.该算法保留了FDTD算法高并行可扩展性优势,同时可局部使用细化网格剖分电大尺寸模型精细结构部位,支持粗网格区域和细网格区域分别采用大时间步长和小时间步长进行迭代计算.算例表明,该方法在解决电大多尺度电磁模拟问题时,具有较强的并行可扩展性,同时能够保证数值计算结果的精度和稳定性,与传统的FDTD算法相比,可显著降低内存需求,提高计算效率. 展开更多
关键词 电大多尺度模型 对称半正定亚网格fdtd算法 大规模并行
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Parallel-Computing Wavelet-Based FDTD Method for Modeling Nanoscale Optical Resonator
3
作者 蒋锡燕 王瑾 +1 位作者 陆云清 许吉 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI 2014年第3期260-268,共9页
An efficient wavelet-based finite-difference time-domain(FDTD)method is implemented for analyzing nanoscale optical devices,especially optical resonator.Because of its highly linear numerical dispersion properties the... An efficient wavelet-based finite-difference time-domain(FDTD)method is implemented for analyzing nanoscale optical devices,especially optical resonator.Because of its highly linear numerical dispersion properties the high-spatial-order FDTD achieves significant reduction in the number of cells,i.e.used memory,while analyzing a high-index dielectric ring resonator working as an add/drop multiplexer.The main novelty is that the wavelet-based FDTD model is extended in a parallel computation environment to solve physical problems with large dimensions.To demonstrate the efficiency of the parallelized FDTD model,a mirrored cavity is analyzed.The analysis shows that the proposed model reduces computation time and memory cost,and the parallel computation result matches the theoretical model. 展开更多
关键词 integrated optics electromagnetic field analysis finite difference time domain(fdtd) WAVELET parallel computation
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并行共形FDTD算法及其在PBG结构仿真中的应用 被引量:9
4
作者 张玉 宋健 梁昌洪 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第z1期2142-2144,共3页
本文研究了MPI信息传递接口支持下的 3维并行共形网格FDTD算法 ,并利用典型PC集群的硬件环境进行了具体的实例测试 .采用该方法对一种一维圆形光子带隙微带滤波结构的S参数进行了计算 。
关键词 共形网格fdtd 并行fdtdD 光子带隙 PC集群
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PC集群系统中MPI并行FDTD性能研究 被引量:14
5
作者 张玉 李斌 梁昌洪 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第9期1694-1697,共4页
本文在MPI编程环境下研究了不同虚拟拓扑结构方式的3维并行时域有限差分算法(FDTD).将程序运行于本文组建的高性能PC集群系统中,计算分析了一种新型光子带隙微带传输线结构的S参数特性,并以此为研究实例,深入地比较了不同MPI虚拟拓扑方... 本文在MPI编程环境下研究了不同虚拟拓扑结构方式的3维并行时域有限差分算法(FDTD).将程序运行于本文组建的高性能PC集群系统中,计算分析了一种新型光子带隙微带传输线结构的S参数特性,并以此为研究实例,深入地比较了不同MPI虚拟拓扑方式对PC集群系统中并行FDTD性能的影响,在此研究的基础上给出了PC集群中MPI编程环境下并行FDTD的最佳虚拟拓扑方式. 展开更多
关键词 集群系统 并行计算 时域有限差分法 光子带隙
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FDTD算法的网络并行运算实现 被引量:29
6
作者 薛正辉 杨仕明 +1 位作者 高本庆 张泽杰 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第12期1839-1843,共5页
本文提出了FDTD方法在微机互连构成的机群 (COW)并行计算系统上以消息传递方式执行的一种实现方案 .组成了验证性的机群并行计算系统 ,以一维和三维典型算例验证了算法的可行性、正确性和高效性 ,为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问... 本文提出了FDTD方法在微机互连构成的机群 (COW)并行计算系统上以消息传递方式执行的一种实现方案 .组成了验证性的机群并行计算系统 ,以一维和三维典型算例验证了算法的可行性、正确性和高效性 ,为运用FDTD方法进行电大尺寸复杂电磁问题数值模拟计算提供了一条有效的途径 。 展开更多
关键词 时域有限差分法 机群系统 并行虚拟机 并行计算 fdtd
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磁化等离子体的并行三维JEC-FDTD算法及其应用 被引量:4
7
作者 李毅 徐利军 袁乃昌 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1119-1123,共5页
给出了三维磁化等离子体的电流密度卷积-时域有限差分(JEC-FDTD)算法的迭代公式,指出该算法与一般FDTD算法实现并行时的不同:增加了电流密度的迭代,以及并行计算时在子域交界面上增加了一些数据的交换.并实现了基于MPI(Message Passing ... 给出了三维磁化等离子体的电流密度卷积-时域有限差分(JEC-FDTD)算法的迭代公式,指出该算法与一般FDTD算法实现并行时的不同:增加了电流密度的迭代,以及并行计算时在子域交界面上增加了一些数据的交换.并实现了基于MPI(Message Passing Interface)的并行JEC-FDTD算法.然后用计算涂覆等离子体的金属球的雷达散射截面(RCS)的算例验证了并行程序的可靠性,并测试了并行程序在某集群上的并行效率.最后计算了涂敷磁化等离子体的全尺寸飞机的单站RCS.结果表明并行JEC-FDTD算法是可靠的,而且并行效率高,能计算各向异性磁化等离子体的电大尺寸目标的散射. 展开更多
关键词 并行 时域有限差分 磁化等离子体 雷达散射截面
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机载天线辐射特性的并行FDTD分析 被引量:4
8
作者 雷继兆 梁昌洪 +1 位作者 丁伟 张玉 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第6期1139-1143,1182,共6页
利用基于MPI的并行FDTD全波数值分析方法对机载天线辐射问题进行准确快速地分析。通过消息传递MPI平台和区域分割技术进行并行计算,实现了计算资源的扩展,可以对飞机和天线进行精确建模分析。根据网络法提出了FDTD应用于天线间隔离度的... 利用基于MPI的并行FDTD全波数值分析方法对机载天线辐射问题进行准确快速地分析。通过消息传递MPI平台和区域分割技术进行并行计算,实现了计算资源的扩展,可以对飞机和天线进行精确建模分析。根据网络法提出了FDTD应用于天线间隔离度的分析计算方法,避免了天线隔离度扫频计算的复杂性。数值结果表明该方法的正确性和有效性。以伊尔76飞机为例分析了机载超短波天线的方向图和隔离度。所用方法和分析结果可以作为飞机电磁兼容性设计的手段和依据。 展开更多
关键词 机载天线 并行fdtd算法 方向图 隔离度
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并行FDTD-UTD方法分析机载相控阵天线 被引量:3
9
作者 雷继兆 梁昌洪 +1 位作者 丁伟 张玉 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期60-64,共5页
利用时域有限差分法(FDTD)-UTD(一致性几何绕射理论)混和算法分析机载相控阵天线的辐射方向图。将复矢量场作为FDTD方法和UTD方法的接口,提出FDTD-UTD混和算法解决机载相控阵天线辐射问题。首先利用并行FDTD方法通过全波分析得到精确的... 利用时域有限差分法(FDTD)-UTD(一致性几何绕射理论)混和算法分析机载相控阵天线的辐射方向图。将复矢量场作为FDTD方法和UTD方法的接口,提出FDTD-UTD混和算法解决机载相控阵天线辐射问题。首先利用并行FDTD方法通过全波分析得到精确的相控阵的辐射复矢量场,然后将此结果作为源代入UTD算法来预测相控阵受机体的影响。结果表明该方法可以有效地解决机载相控阵辐射分析问题。 展开更多
关键词 机载相控阵天线 并行fdtd算法 UTD 方向图
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基于映射文件的电磁并行FDTD算法实现研究 被引量:4
10
作者 刘瑜 梁正 杨梓强 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期634-639,共6页
为简化并行FDTD算法实现,提出一种新的基于映射文件技术的解决方法。对于并行FDTD算法的两个关键环节:场值数组定义和子域间通信在该方法中借助操作系统的映射与重定向功能来实现,由于屏蔽了子域间显式的通信操作,将大幅度降低并行FDTD... 为简化并行FDTD算法实现,提出一种新的基于映射文件技术的解决方法。对于并行FDTD算法的两个关键环节:场值数组定义和子域间通信在该方法中借助操作系统的映射与重定向功能来实现,由于屏蔽了子域间显式的通信操作,将大幅度降低并行FDTD算法实现的复杂度。数值模拟实例和相关的性能比较验证了新方法的可行性与便利性,所得加速比、并行效率等性能指标参数与通常的MPI消息传递方法基本相当。 展开更多
关键词 并行fdtd算法 内存映射数组 内存文件通信 并行性能
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地下目标散射的并行FDTD计算 被引量:3
11
作者 张晓燕 盛新庆 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第6期952-957,共6页
着重讨论半空间FDTD并行计算方法,入射源的特殊处理方式,和如何调节负载不平衡三个问题,给出一种简单易行的地下目标雷达散射截面的并行时域有限差分(FDTD)方案,并在北京理工大学电磁仿真中心刘徽并行计算平台上,做了具体的程序实现和... 着重讨论半空间FDTD并行计算方法,入射源的特殊处理方式,和如何调节负载不平衡三个问题,给出一种简单易行的地下目标雷达散射截面的并行时域有限差分(FDTD)方案,并在北京理工大学电磁仿真中心刘徽并行计算平台上,做了具体的程序实现和数值实验,实验不仅证实了算法的精度,而且还表明并行方案的高效,即当参与计算的处理器数量达到14个时,并行效率仍然可以保持在80%以上。在此基础上,用开发的程序计算了以往串行算法无法计算的电大地下典型目标的雷达散射截面。 展开更多
关键词 并行时域有限差分 地下目标 电磁散射 单轴各向异性完全匹配层
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单反射面天线模拟的并行FDTD并行TDPO/时域PTDEEC混合方法 被引量:2
12
作者 朱湘琴 王建国 +1 位作者 陈再高 蔡利兵 《现代应用物理》 2014年第3期208-213,共6页
采用并行时域有限差分(FDTD)和基于物理绕射理论(PTD)的时域等效边缘电流(EEC)的混合方法(PTDEEC),分析单反射面天线的边缘绕射场,并将该场与并行FDTD和并行时域物理光学(TDPO)混合方法计算得到的物理光学场相结合,实现单反射面天线远... 采用并行时域有限差分(FDTD)和基于物理绕射理论(PTD)的时域等效边缘电流(EEC)的混合方法(PTDEEC),分析单反射面天线的边缘绕射场,并将该场与并行FDTD和并行时域物理光学(TDPO)混合方法计算得到的物理光学场相结合,实现单反射面天线远区瞬态响应的并行FDTD-并行TDPO/时域PTDEEC混合方法的模拟。偶极子馈源算例的计算结果表明:本文方法所得结果与FDTD方法的计算结果符合较好;单反射面天线口径边缘的绕射对反射面天线远轴副瓣区场的影响比较大。本文方法可用于任意馈源馈电的大型单反射面天线远区辐射瞬态响应的计算。 展开更多
关键词 物理绕射理论 等效边缘电流 时域 单反射面天线 并行时域有限差分 并行时域物理光学
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FDTD并行计算中的区域划分及负载平衡 被引量:5
13
作者 刘新 李康 孔繁敏 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2004年第1期94-96,共3页
与并行处理机相比,基于局域网的并行FDTD算法是解决复杂电磁问题相对简单的、有效的方法。本文讨论了利用网络进行FDTD并行计算时需要解决的两个关键问题:区域划分及负载平衡策略,并利用局域网内的2台和4台PC实现了对平面光波导实例的... 与并行处理机相比,基于局域网的并行FDTD算法是解决复杂电磁问题相对简单的、有效的方法。本文讨论了利用网络进行FDTD并行计算时需要解决的两个关键问题:区域划分及负载平衡策略,并利用局域网内的2台和4台PC实现了对平面光波导实例的并行计算,给出了实验结果。结果表明,利用该方法可以获得较好的加速比,并能大大提高计算的效率。 展开更多
关键词 fdtd 并行计算 区域划分 负载平衡 加速比
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并行FDTD方法结合加窗技术分析屏蔽效能 被引量:1
14
作者 丁伟 张玉 +1 位作者 刘越东 梁昌洪 《系统仿真学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期2168-2170,2176,共4页
强电磁脉冲透过孔缝耦合到金属屏蔽腔体内部,会对电子系统产生干扰和破坏作用。采用三维并行时域有限差分法结合加窗技术研究含孔缝金属腔体的屏蔽效能。并行方法能明显缩短相同时间步下腔体内采样电场收敛所需的仿真时间,结合加窗技术... 强电磁脉冲透过孔缝耦合到金属屏蔽腔体内部,会对电子系统产生干扰和破坏作用。采用三维并行时域有限差分法结合加窗技术研究含孔缝金属腔体的屏蔽效能。并行方法能明显缩短相同时间步下腔体内采样电场收敛所需的仿真时间,结合加窗技术对时域电场数据进行截断,能够减少并行时域有限差分法仿真所需的时间步,进一步提高计算效率,有助于快速高效地分析复杂系统中的电磁屏蔽效能。 展开更多
关键词 强电磁脉冲 并行时域有限差分法 加窗技术 含孔缝金属腔体 屏蔽效能
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并行FDTD方法在振子阵列天线瞬态散射特性计算中的应用 被引量:1
15
作者 张雪芹 王均宏 李增瑞 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期134-138,共5页
构建了Beowulf并行计算集群系统,并对其进行了效率分析。进行了时域有限差分方法(FDTD)的并行程序设计。利用该程序计算仿真了几个大型的带反射面的阵子阵列天线的远场时域散射特性,并给出了反射面的电流密度分布以及后向散射场时域波... 构建了Beowulf并行计算集群系统,并对其进行了效率分析。进行了时域有限差分方法(FDTD)的并行程序设计。利用该程序计算仿真了几个大型的带反射面的阵子阵列天线的远场时域散射特性,并给出了反射面的电流密度分布以及后向散射场时域波形和能量方向图,分析了后向散射场的峰值和能量随阵列尺度的变化关系,发现散射能量的改变较散射场峰值的改变更加明显。 展开更多
关键词 雷达工程 计算集群 并行fdtd 带反射面的阵子阵列天线 瞬态散射
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JEMS-FDTD软件在运输机电磁特性仿真中的应用 被引量:3
16
作者 鲍献丰 李瀚宇 周海京 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期78-81,共4页
复杂电磁环境的研究包括多方面内容,其中飞行器的电磁环境效应研究受到了较多的关注。随着计算机技术的飞速发展,利用数值模拟技术获得飞行器电磁特性已经成为飞行器电磁环境效应研究的一个重要手段。我们将自主研发的大规模并行三维时... 复杂电磁环境的研究包括多方面内容,其中飞行器的电磁环境效应研究受到了较多的关注。随着计算机技术的飞速发展,利用数值模拟技术获得飞行器电磁特性已经成为飞行器电磁环境效应研究的一个重要手段。我们将自主研发的大规模并行三维时域全波电磁模拟软件JEMS-FDTD应用于运输机整机电磁特性仿真,计算并分析了飞机的电磁耦合散射特性,获得了飞行器在电磁脉冲照射下的时域/频域、近场/远场等电磁信息。计算中为保证精度采用了非均匀以及高阶FDTD计算技术。 展开更多
关键词 数值模拟 时域有限差分方法 并行计算 非均匀 高阶方法
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并行FDTD和IBM BlueGene/L巨型计算机结合求解电大尺寸的电磁问题 被引量:6
17
作者 余文华 杨小玲 +2 位作者 刘永俊 苏涛 Raj Mittra 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第4期562-566,共5页
高性能巨型计算机的快速发展正在改变着人们在计算电磁学方面的一些传统观念,特别是IBMBlueGene/L巨型计算机的出现使计算电磁学所解决的问题尺寸和时间发生了巨大的变化。IBMBlueGene/L巨型计算机可以包括多达65,536处理器和32TB内存,... 高性能巨型计算机的快速发展正在改变着人们在计算电磁学方面的一些传统观念,特别是IBMBlueGene/L巨型计算机的出现使计算电磁学所解决的问题尺寸和时间发生了巨大的变化。IBMBlueGene/L巨型计算机可以包括多达65,536处理器和32TB内存,更重要的是由于它所使用的特殊体系结构使它在4000个处理器时时域有限差分程序的并行效率仍然在百分之九十左右。测试显示,在单个CPU速度接近的情况下,一台奔腾4计算机上运行五十二天的工作量在一个包含有4000个处理器的BlueGene/L巨型计算机上仅需10min左右。虽然普通的PC机群与单个处理器相比也能快速地求解相对大的问题,但是无论是使用千兆Ethernet、Foundry、Myrinet或者Infiniband,普通PC机群的效率都会在处理其数量超过几十个的时候快速下降。为了验证并行时有预先差分程序的正确性,我们使用并行时域有限差分程序在巨型计算机IBMBlueGene/L上模拟一个144单元的对偶极化Viv-aldi阵列的抛物面天线馈源。 展开更多
关键词 并行时域有限差分 BlueGene/L巨型计算机 计算电磁学 天线阵列 MPI MPICH
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MPI环境下FDTD高效率网络并行计算研究 被引量:3
18
作者 冯菊 陈星 黄卡玛 《淮阴师范学院学报(自然科学版)》 CAS 2005年第1期57-61,共5页
FDTD(FiniteDifferenceTimeDomain)计算复杂电磁场问题存在计算时间长和内存耗用大的难题,并行计算可以减少单机处理量,是解决该难题的有效途径.本文针对网络并行系统特点结合FDTD算法,提出了有效的优化步骤,采用MPI并行函数库实现高效... FDTD(FiniteDifferenceTimeDomain)计算复杂电磁场问题存在计算时间长和内存耗用大的难题,并行计算可以减少单机处理量,是解决该难题的有效途径.本文针对网络并行系统特点结合FDTD算法,提出了有效的优化步骤,采用MPI并行函数库实现高效率FDTD并行计算.在一套16台微机组成的网络并行计算机系统上完成了三维FDTD并行计算举例.计算结果证明了该方案的正确性,并且得到了较高的并行效率. 展开更多
关键词 网络并行计算 fdtd MPI 并行效率
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MPI及其在FDTD中的应用 被引量:2
19
作者 梁晓冰 田立松 毛均杰 《现代电子技术》 2005年第1期94-95,99,共3页
随着并行计算的发展 ,MPI作为一种重要的消息传递方式标准 ,被广泛地应用到科学计算中。本文将其与电磁场时域有限差分法结合 ,进行了初步探讨 ,得到了理想的结果 ,加速比可达 1.8左右。
关键词 MPI fdtd 并行计算
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电各向异性介质FDTD并行算法的研究 被引量:9
20
作者 杨利霞 葛德彪 +1 位作者 郑奎松 魏兵 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期43-48,共6页
基于消息传递模式的网络并行计算系统和区域分割技术成功地实现了电各向异性介质FDTD并行算法,并用此程序代码计算了电大目标的RCS。经测试,该程序代码并行效率达到87%。根据电各向异性介质FDTD迭代式,电场某一节点的计算,需牵涉到其周... 基于消息传递模式的网络并行计算系统和区域分割技术成功地实现了电各向异性介质FDTD并行算法,并用此程序代码计算了电大目标的RCS。经测试,该程序代码并行效率达到87%。根据电各向异性介质FDTD迭代式,电场某一节点的计算,需牵涉到其周围28个节点的电磁场值,详细分析了该情况下并行算法中的数据通讯规律,并实现了局域网内各节点机的协同并行计算。数值结果表明了该算法和程序的正确性及优越性。 展开更多
关键词 各向异性介质 各向同性介质 并行算法 fdtd方法
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