各向异性媒质中光子带隙结构色散特性的时域伪谱法分析

本文采用时域伪谱 (PSTD)法分析复杂媒质中的光子带隙 (PBG)结构 ,建立了电磁波色散特性的统一数学模型 ,经数值计算绘出色散曲线 .在各向同性媒质情况下所得的曲线 ,与时域有限差分法及平面波展开法的结果相一致 .在各向异性媒质情况下 ,能展宽原各向同性媒质PBG结构的第一阻带。

基于时域伪谱法的二维光子带隙结构的能带研究

根据Bloth定理推导了伪周期电磁场的麦克斯韦方程,采用时域伪谱(PSTD)法分析二维光子带隙结构(PBG)的能带,对空间的微分进行付里叶变换离散而不作差分近似离散,使空域变换成伪谱域.计算结果与平面波展开法的结论相一致.分析了不同截面形状在不同的典型点阵结构中的物理特性.

一种降低内存的时域散射计算方法——RPSTD

提出一种降低内存的时域伪谱法——RPSTD。PSTD方法基于Maxwell旋度方程,应用FFT(FastFou rierTransform)算法近似表示空间导数。由于FFT具有高阶精度,理论上每个波长只需划分两个网格即可计算目标的宽带电磁散射特性。为进一步减少存储量,RPSTD方法在PSTD方法的基础上,在Maxwell旋度方程两边取散度,将PSTD方法存储空间6个场分量减缩为存储4个独立的场分量,而其他两个场分量可由4个独立的场分量导出。将RPSTD用于二维散射计算,结果表明RPSTD的计算精度与PSTD相当。

驻波—行波边界条件在PSTD算法中的实现

将时域伪谱法(PSTD)的边界条件PML用驻波—行波边界条件来代替。该条件在边界处附加理想电(磁)壁对计算区域进行截断,将由此产生的反射场去除,从而减少反射场所产生的干扰,在有限的空间内有效地模拟出无限大的电磁散射空间。给出了该边界条件下的二维PSTD迭代格式,并将其数值结果与运用PML边界条件的PSTD的结果进行比较,计算结果表明这种结合形成的新方法节约了内存,提高了计算速度,具有良好的可行性。

有耗媒质中3D目标体散射特性的TSNU-PSTD模拟

结合PML边界条件的傅立叶时域伪谱(PSTD)算法已广泛用于模拟电磁波传播和目标散射,但传统的PSTD方法在每个坐标方向上需要均匀分布的空间坐标网格点,从而不能够很好地模拟曲面目标和与网格空间尺寸不一致的目标,基于变空间的PSTD方法可以很好地克服这些不足。文中将CFS-PML边界条件在PSTD算法中实现并将它与TSNU-PSTD方法结合模拟了大范围有耗媒质中2D\3D曲面介质体目标的电磁散射,部分结果与FDTD计算结果进行了比较。仿真结果表明,基于变空间的PSTD只需平均每波长分成3个网格就可以达到较好的精度,可高效模拟电大尺寸空间曲面形状目标体的电磁散射。

有耗媒质中目标体散射特性的TSNU-PSTD模拟

结合PML边界条件的傅立叶时域伪谱(PSTD)算法已被广泛用于模拟电磁波传播和目标散射,但传统的PSTD方法在每个坐标方向上需要均匀分布的空间坐标网格点,因而不能够很好地模拟曲面目标和与网格空间尺寸不一致的目标,基于变空间非均匀网格的PSTD(TSNU-PSTD)方法可以很好地克服这些不足。将CFS-PML边界条件应用在PSTD算法中,并将其与TSNU-PSTD方法相结合模拟了大范围有耗媒质中介质体目标的电磁散射,部分计算结果与FDTD计算结果进行了比较。仿真结果表明,TSNU-PSTD算法只需平均每波长分成3个网格就可以得到令人满意的计算结果,可高效地分析大范围有耗媒质中曲面形状目标体的散射特性。