分层背景2维FDTD中斜入射平面波的引入

 对于分层介质中目标散射的时域有限差分（FDTD）计算,在分层背景中引入斜入射平面波源是一个难点。在2维Maxwell方程基础上,导出TM和TE模下含有斜入射角度的１维Maxwell方程,并用它在分层介质中连接边界上模拟斜入射平面波源,克服了分层背景时域有限差分计算斜入射平面波引入的困难。对熔石英表面覆盖薄膜的分层光学元件进行平面波斜入射时域有限差分计算结果表明,电磁波在各层内形成完好的平面波推进,验证了这种斜入射平面波添加方式的正确性。并通过对含气泡的缺陷模型的计算,来阐述这种入射波添加方式的应用。     

分层背景2维FDTD中斜入射平面波的引入

对于分层介质中目标散射的时域有限差分（FDTD）计算,在分层背景中引入斜入射平面波源是一个难点。在2维Maxwell方程基础上,导出TM和TE模下含有斜入射角度的１维Maxwell方程,并用它在分层介质中连接边界上模拟斜入射平面波源,克服了分层背景时域有限差分计算斜入射平面波引入的困难。对熔石英表面覆盖薄膜的分层光学元件进行平面波斜入射时域有限差分计算结果表明,电磁波在各层内形成完好的平面波推进,验证了这种斜入射平面波添加方式的正确性。并通过对含气泡的缺陷模型的计算,来阐述这种入射波添加方式的应用。     

斜入射分层线性各向异性等离子体电磁散射时域有限差分方法分析

提出了斜入射分层线性各向异性等离子体电磁散射的时域有限差分(FDTD)方法,通过将二维麦克斯韦方程等价地转换为一维麦克斯韦方程,避免了用二维时域有限差分方法分析该散射问题,极大地提高了计算效率.分析推导了TEz和TMz波斜入射线性分层各向异性等离子体电磁散射的FDTD方法,然后通过该方法计算不同入射角的各向异性等离子板的电磁波反射系数,并与其解析解进行比较,结果表明该方法的准确性和有效性.最后,将该算法应用于计算涂覆分层各向异性等离子体金属板在不同入射角下的反射系数,分析了不同入射角对反射系数的影响.     

Compton散射对斜入射激光脉冲在等离子体中传输的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和等效折射指数模型,研究了Compton散射对斜入射激光脉冲在等离子体中传输特性的影响,提出了将入射光和Compton散射光形成的耦合光脉冲作为在等离子体中传输的新机制,用等效耦合折射指数和折射定律分别计算和数值模拟了等离子体中耦合光的反射和折射,结果表明,散射使等离子体中法拉第效应增强,产生了一个与折射界面平行的、较小等幅度附加折射波平面;使等效耦合折射指数的实部和虚部的实参数、折射角和等效折射指数之间的差异明显减小;使用等效耦合折射指数和折射定所得到的反射系数几乎均表现出相同的先增大后迅速减小的规律;使等离子体的反射系数随碰撞频率的增大而迅速减小,透射增强,透射增强的频率位置向高频明显移动。     

Compton散射对斜入射激光脉冲在等离子体中传输的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和等效折射指数模型,研究了Compton散射对斜入射激光脉冲在等离子体中传输特性的影响,提出了将入射光和Compton散射光形成的耦合光脉冲作为在等离子体中传输的新机制,用等效耦合折射指数和折射定律分别计算和数值模拟了等离子体中耦合光的反射和折射,结果表明,散射使等离子体中法拉第效应增强,产生了一个与折射界面平行的、较小等幅度附加折射波平面;使等效耦合折射指数的实部和虚部的实参数、折射角和等效折射指数之间的差异明显减小;使用等效耦合折射指数和折射定所得到的反射系数几乎均表现出相同的先增大后迅速减小的规律;使等离子体的反射系数随碰撞频率的增大而迅速减小,透射增强,透射增强的频率位置向高频明显移动。     

层状介质时域有限差分方法斜入射平面波引入新方式

应用二维时域有限差分方法分析层状介质中的目标散射时,在总场-散射场边界斜入射平面波源用常规方法难以引入,因为在总场-散射场边界处设置的入射波实际上包含了入射脉冲以及各分层界面的反射和多次反射.为解决这个问题,提出了斜入射平面波的混合引入方式,即对总场-散射场的四个边界面采取不同的处理方式.对于总场-散射场的纵向侧边界,用含有斜入射角度的修正一维时域有限差分方法,只要在自由空间位置加入入射脉冲就会自行产生由各分层界面形成的反射波,包括多次反射.同时,把纵向总场-散射场侧边界向下延伸,使得总场-散射场下边界位于完全匹配层内,这样透射波和散射波均为外向行波而被吸收.对于总场-散射场的上边界,由于完全位于自由空间中,边界上各点的入射波将是总场-散射场纵向边界角点处入射波的带有时间延迟的复制.数值模拟结果表明了本文所提出方法的正确性和有效性. 关键词： 时域有限差分 层状介质 斜入射平面波 修正一维麦克斯韦方程     

单色光斜入射时光栅主极大的条数

本文证明，在不考虑缺级的条件下，单色光斜入射时光栅主极大的条数与正入射时条数之差不超过1。     

斜入射光波的光栅衍射研究

本文分析了斜射光波的光栅衍射特点,并在实验中得以验证。     

采用全息光栅作分束器的斜入射干涉仪

本文探讨了一种用全息透射式衍射光栅作分束器的斜入射干涉方法和装置,该装置主要用于非光学表面的粗糙度检测,整个装置结构简单,易于配置且具有很好的稳定性.     

光束斜入射的折反射组合光学系统的像差计算

基于平面对称光栅反射镜系统的像差理论,根据光学元件材料折射率对成像光束波像差进行修正,将像差理论扩展到平面对称折射光学系统,使得该理论可应用于光束斜入射的折反射组合光学系统的像差计算;指出在折反射组合光学系统中考虑物像方空间折射率的关系,以及入射角方向的定义,使得波像差的计算表达式保持统一;应用扩展后的像差理论对折反射...     

一种处理Cole-Cole色散媒质的FDTD改进方案

对柯尔-柯尔(Cole-Cole)色散媒质的时域有限差分(FDTD)方案尝试给出改进:(1)保留了Cole-Cole经验公式中的静态电导率项;(2)扩展到三维情形;(3)人体乳房组织的模型参数源于实验测量.数值算例结果初步证实改进方案的可行性和有效性.改进方案适用于模拟更一般柯尔-柯尔色散媒质中的电波传播.     

旋转体时域有限差分法的另一推导方法和单向波方程吸收边界条件

提出了旋转体时域有限差分法的另一推导方法.基于这一方法,推导了旋转体电磁波的波动方程,进一步得出了旋转体时域有限差分法的单向波方程吸收边界条件.数值实验证实了该吸收边界条件的正确性.     

微波脉冲与圆柱腔体耦合的时域有限差分模拟

给出了微波脉冲与腔体上孔洞线性耦合的物理模型,讨论了数值模拟的时域有限差分方法以及吸收边界条件,计算了不同大小和位置孔洞的耦合过程,分析了耦合对孔洞大小和入射场偏振方向的依赖关系.     

二维各向异性磁等离子体的无条件稳定ADE-CNAD-FDTD算法

针对二维各向异性磁等离子体提出一种有效的无条件稳定算法,新算法结合了辅助微分方程(ADE)方法与Crank-Nicolson approximate-decoupling(CNAD)时域有限差分算法仿真各向异性磁等离子体介质。传统的ADE-FDTD方法应用在一维各向异性色散介质具有较高的精度和效率,将提出的新算法ADE-CNAD-FDTD应用到二维各向异性磁等离子体介质中不仅解决了电磁波在具有各向异性和频率色散特性介质中传播的仿真难题,而且去除了CFL稳定性条件。该算法在保留了原有的精度情况下大幅度地提高了计算效率并成为无条件稳定的形式。给出一个算例证明该算法的有效性,通过模拟电磁波在磁等离子体中的传播,仿真结果与传统的ADE-FDTD算法对比,证实了该算法的高效率、无条件稳定性和高精度。     

Numerical Analysis of Electromagnetic Fields in Multiscale Model

Modeling technique for electromagnetic fields excited by antennas is an important topic in computational electromagnetics, which is concerned with the numerical solution of Maxwell's equations. In this paper, a novel hybrid technique that combines method of moments(MoM) with finite-difference time-domain(FDTD) method is presented to handle the problem. This approach employed Huygen's principle to realize the hybridization of the two classical numerical algorithms. For wideband electromagnetic data, the interpolation scheme is used in the MoM based on the dyadic Green's function. On the other hand, with the help of equivalence principle, the scattered electric and magnetic fields on the Huygen's surface calculated by MoM are taken as the sources for FDTD. Therefore, the electromagnetic fields in the environment can be obtained by employing finite-difference time-domain method. Finally, numerical results show the validity of the proposed technique by analyzing two canonical samples.     

FDTD法对二维正方格子光子晶体带隙的数值计算

通过optiFDTD模拟软件对二维椭圆柱构造的正方格子光子晶体的禁带特性进行了数值模拟。分别研究了在空气中椭圆介质(Ge,Si,GaAs)柱和在介质(Ge,Si,GaAs)中椭圆空气柱构造的二维正方格子光子晶体中椭圆柱的横轴半径和纵轴半径的大小,以及椭圆柱的不同旋转角度对光子禁带的影响;并计算出了在上述两种情况下的空气和介质中的最优结构参数。     

分析水下目标的大比例变换总场散射场源FDTD方法

为解决探测水下目标的电磁散射问题,提出大比例变换的总场-散射场源时域有限差分（FDTD）方法.该方法包含两次FDTD计算：第一次计算采用细网格得到激励源周围的近场值;第二次计算采用粗网格得到远距离的电磁场值.两次FDTD计算通过总场-散射场边界建立联系.实现细粗网格的大比例变换,例如变换比例N=10,大大节省了计算时间,降低了计算内存的消耗,提高了计算效率.通过算例验证该方法的正确性和有效性.最后,计算水下岩层中存在异常体时的电磁响应,指出当岩层中异常体电导率不同时,接收点处电磁场的幅值和相位均不相同.     

FDTD Analysis of Electromagnetic Reflection by Conductive Plane Covered with Magnetized Inhomogeneous Plasmas

A novel finite-difference time-domain (FDTD) methodology which incorporates both anisotropy and frequency dispersion at the same time is developed for electromagnetic wave propagation in anisotropic magnetoactive plasmas in this paper. The numerical verification of the method are confirmed by computing the reflection and transmission of right-handed/left-handed circularly polarized (RCP/LCP) wave through a magnetized plasma layer, with the direction of propagation parallel to the direction of the biasing field. And, the right-handed / left-handed polarized wave reflection coefficients for electromagnetic signals normally incident upon a conductive plane covered with a layer of magnetized plasma are computed using the new FDTD method. The parabolic electron-number density profile varies only in the direction perpendicular to the plane. The function dependence of reflection coefficients on the number density, collision frequency and external magnetic field is studied.     

用二维时域有限差分法计算机翼雷达散射截面

应用二维时域有限差分(FDTD)程序计算二维翼型NACA0012和金属方柱的双站雷达散射截面,与国内外文献上的结果进行比较,证明该程序的有效性.而后计算二维不同形状机翼的双站雷达散射截面(RCS)和不同后掠角时后掠翼和三角翼的双站RCS,得出不同形状机翼有不同的RCS分布;改变后掠角的大小可以改变机翼的RCS分布.因此,根据设计要求,可以通过选用不同机翼形状或不同大小的后掠角,使飞行器达到RCS减缩.     

基于半解析递归卷积的通用色散介质FDTD方法

基于数字信号处理中的半解析递归卷积（SARC）算法,提出了一种用于色散介质电磁特性分析的半解析递归卷积时域有限差分方法（SARC FDTD）. 该方法既保持了FDTD方法处理复杂目标的灵活性,又吸取了线性系统SARC算法的绝对稳定性和高精度、低内存、高效率等优点,只需给出色散介质模型的极点和对应系数,即可运用SARC FDTD递推公式和通用程序进行计算,具有较好的通用性. 通过Debye,Drude和Lorentz三种常用色散介质模型对算法进行了验证. 关键词： 时域有限差分 色散介质 半解析递归卷积