色散周期结构的辅助场时域有限差分法分析

利用辅助场时域有限差分(FDTD)方法分析色散周期结构的斜入射问题. 主要基于Floquet定理, 在FDTD迭代式中引入辅助场量, 结合变换的周期及吸收边界条件,解决了周期结构斜入射问题的电磁特性仿真. 进一步将辅助场FDTD方法引入至色散周期结构的模拟, 结合Z变换方法,给出了基于Drude色散模型的具体迭代公式. 数值计算结果表明所构建方法的有效性及普适应.     

同轴任意槽形周期圆波导慢波结构色散特性的研究

用阶梯近似的方法分析任意槽形加载的圆波导慢波系统，利用各阶梯相邻面的导纳匹配条件 以及中心互作用区与加载区的场匹配条件，获得了任意槽形加载周期慢波结构的统一色散方 程. 利用该色散方程，得到色散特性与CST MWS仿真软件模拟结果良好符合. 分别求解几种 特殊槽形加载慢波结构的色散特性及耦合阻抗，其中，三角形结构色散和耦合阻抗均最弱， 而倒梯形结构色散最强，耦合阻抗最大. 关键词： 任意槽形 慢波结构 色散特性 行波管     

光脉冲传输模拟的快速数值差分递推算法及其应用研究

利用零邻域的马克劳林展开对归一化非线性薛定谔方程的频域差分形式进行分析，得出一个能够同时考虑光学媒质的色散作用以及非线性克尔作用的时域快速数值差分递推公式.选取若干算例，将运用该公式的数值计算结果与已知的解析结果和传统分步傅里叶方法所得的计算结果做了相应的比较，结果表明这种快速数值差分递推公式不但拥有相当快的计算速度，也有很高的计算精度，而且在物理上符合光脉冲在光学媒质中传输时色散和非线性作用同时施加影响的客观实际，这说明它是研究非线性光学媒质中光脉冲传输的一种科学、合理而快速有效的数值计算方法. 关键词： 快速数值差分递推公式 零邻域马克劳林展开 非线性薛定谔方程 光脉冲传输     

德拜色散媒质的三维时域电磁逆散射技术

生物组织、土壤、水等媒质的电特性是频率相关的(称为色散媒质),常利用单极德拜(Debye)模型描述.为重建这一类媒质的色散特性,基于泛函分析和变分法,提出一种三维(3-D)时域电磁(EM)逆散射技术,主要流程为:①根据最小二乘准则,转化逆散射问题为约束最小化问题;②应用罚函数法,转化约束最小化问题为无约束最小化问题;③通过变分计算,解析导出梯度(Fréchet导数)表达式;④利用梯度法求解.此外,引入一阶吉洪诺夫(Tikhonov)正则化以应对逆问题的病态特性和噪声影响.数值应用中,将提出的目的 应用到一个简单的三维癌变乳房模型,借助PRP共轭梯度(CG)算法和时域有限差分(FDTD)法,仿真结果初步证实本文目的 的可行性、有效性和鲁棒性.     

德拜色散媒质的三维时域电磁逆散射技术（英文）

生物组织、土壤、水等媒质的电特性是频率相关的(称为色散媒质),常利用单极德拜(Debye)模型描述.为重建这一类媒质的色散特性,基于泛函分析和变分法,提出一种三维(3-D)时域电磁(EM)逆散射技术,主要流程为:1根据最小二乘准则,转化逆散射问题为约束最小化问题;2应用罚函数法,转化约束最小化问题为无约束最小化问题;3通过变分计算,解析导出梯度(Fréchet导数)表达式;4利用梯度法求解.此外,引入一阶吉洪诺夫(Tikhonov)正则化以应对逆问题的病态特性和噪声影响.数值应用中,将提出的方法应用到一个简单的三维癌变乳房模型,借助PRP共轭梯度(CG)算法和时域有限差分(FDTD)法,仿真结果初步证实本文方法的可行性、有效性和鲁棒性.     

轴对称渐变型类周期慢波结构的色散特性

 运用场匹配法和傅里叶级数理论,提出一种原则上可数值求解任意轴对称渐变型类周期慢波结构色散特性的方法。采用该方法编制了计算渐变型波纹波导和渐变型盘荷波导色散曲线的Matlab程序,详细分析并讨论了这两类典型渐变型类周期慢波结构的色散特性。数值计算结果与多维全电磁模拟软件模拟结果的数据吻合度较高,验证了该数值算法的可靠性。另外,该方法具有较强的普适性和扩展性,也可退化到任意轴对称周期慢波结构色散特性的求解,为慢波结构的设计提供一种简单有效的途径。     

含色散与非线性媒质的光子晶体的简正耦合模

利用传输矩阵方法及对色散媒质采用洛伦兹振子模型，研究了一维含色散媒质的光子晶体的简正耦合模，并计算了该结构的复有效折射率。在光学双稳态中，与仅含非线性媒质的光子晶体相比，得到了低得多的阈值入射光强。     

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.     

同轴周期慢波结构色散特性的通用数值解法

 运用场匹配法和傅里叶级数理论,提出一种原则上可数值求解任意同轴周期慢波结构色散特性的方法,给出了同轴慢波结构TM_0n模的色散方程。基于该方法,编制了Matlab程序,给出了同轴波纹波导和同轴双波纹波导色散特性,以算例形式分析计算了同轴盘荷波导的色散特性。数值计算结果与多维全电磁模拟软件结果进行比较,证明了该数值算法的准确性和可靠性。     

单模光纤色散的解析形式

根据波导标量解本征值方程及其递推关系,提出一种利用Gloge关系求解单模光纤中波导色散的理论方法,给出了色散的解析形式,通过分析归一化传输常数的近似解与精确解间的差别论证了这种解析法具有精确求解的计算精度,给出普通单模光纤（G．652）光纤色散的实验数据,并与计算的色散解析解曲线加以比较,二者达到极好的吻合,利用所得到的结果,分析了数值微分法和经验公式的计算精度。     

Developing a time-domain finite-element method for modeling of electromagnetic cylindrical cloaks

In this paper we propose a time-domain finite element method for modeling of electromagnetic cloaks. The permittivity and permeability of the cloak model are described by the Drude dispersion model. The model to be solved is quite challenging in that we have to solve a coupled problem with different partial differential equations given in different regions. Our method is based on a mixed finite element method using edge elements with different types of meshes in different regions. Numerical results demonstrate that our algorithm is quite effective for simulating cloaks in time-domain. To our knowledge, this is the first cloak simulation carried out by the time-domain finite element method.     

Canonical Quantization of Electromagnetic Field in the Presence of Nonlinear Anisotropic Magnetodielectric Medium with Spatial-Temporal Dispersion

Modeling a nonlinear anisotropic magnetodielectric medium with spatial-temporal dispersion by two continuum collections of three dimensional harmonic oscillators, a fully canonical quantization of the electromagnetic field is demonstrated in the presence of such a medium. Some coupling tensors of various ranks are introduced that couple the magnetodielectric medium with the electromagnetic field. The polarization and magnetization fields of the medium are defined in terms of the coupling tensors and the oscillators modeling the medium. The electric and magnetic susceptibility tensors of the medium are obtained in terms of the coupling tensors. It is shown that the electric field satisfy an integral equation in frequency domain. The integral equation is solved by an iteration method and the electric field is found up to an arbitrary accuracy.     

Amplitude of Elastic Photon Scattering in Scalar Electrodynamics

In the present paper, the probability of creating pairs of scalar particles in an arbitrary plane electromagnetic wave field is calculated. The amplitude of elastic photon scattering in the field of an arbitrary plane electromagnetic wave is calculated by the method of dispersion relations. Special cases of the plane electromagnetic wave field are examined.     

Elastic scattering amplitude of a scalar particle in a plane wave field

The elastic scattering amplitude of a scalar particle in an arbitrary plane wave electromagnetic field is obtained in the form of a double integral by the method of dispersion relations. Particular cases of giving the plane wave field are investigated. It is shown that the existence of scalar particle radiation in an arbitrary plane wave electromagnetic field results in elastic scattering, whose amplitude determines the change in particle mass in this field.Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 5, pp. 32–37, May, 1990.     

Role of propagating slit mode in enhanced transmission through slit arrays in a metallic films

The mechanisms responsible for enhanced transmission of electromagnetic wave through an array of subwavelength slits in a metallic film are analyzed. Theoretical model of the enhanced transmission which takes into account the penetration of electromagnetic field into real metal is developed. Semi-analytical model based on Fabry–Perot formula is considered. Comparison of theoretical model, semi-analytical model and results of numerical simulation of Maxwell equations in time-dependent form (FDTD method) for silver with various geometric parameters is presented. The roles of surface plasmons and plasmon localized along slits are studied.     

各向异性磁化等离子体涂敷三维导体目标FDTD分析

把电流密度卷积-时域有限差分法(JEC-FDTD)推广应用于三维各向异性色散介质——磁化等离子体中，该算法同时解决了电磁波在各向异性和频率色散介质中传播的难题，给出了各向异性磁化等离子体中JEC-FDTD迭代公式.计算了各向异性磁化等离子体涂敷二面角反射器和球锥体后其RCS的变化情况，分析了电子回旋频率对其RCS的影响.计算结果表明磁化等离子体吸收性能更好. 关键词： 时域有限差分方法 各向异性磁化等离子体     

Field Structure in the Cross Section of a Ferrite Inhomogeneous Anisotropic Insert of a Rectangular Waveguide

We develop a physico-mathematical model describing excitation and distribution of electromagnetic waves in an anisotropic waveguide or resonator in the three-dimensional case. We develop a theoretical approach for discretization of the Maxwell equations in an arbitrary medium in the presence of bounding walls of a waveguide or resonator. The resulting system of linear algebraic equations for the electric-field components in an inhomogeneous anisotropic medium is solved by the method of biconjugate gradient. The results of calculating the electric field lines in the cross section of an anisotropic insert of a rectangular waveguide are presented.     

新型高双折射及色散平坦光子晶体光纤研究

用平面波展开法对光子晶体光纤中电磁场的Maxwell方程组进行了求解。将光纤截面作为超元胞衍生出一个无边界的二维周期性系统，光纤纤芯等效为光子晶体中的缺陷，借助平面波法对其性质进行研究，模拟了半导体中的超格子。运用上述超格子模型，对与纤芯同列孔半径可变的高双折射及与包层中纤芯距离最近的孔半径可变的色散平坦光子晶体光纤的光学性质进行了研究，发现与纤芯同列的孔半径变化时，其双折射比传统光纤更强，而当包层中距离纤芯最近的孔半径取特定值时，可得到近零色散平坦光纤并在大范围内获得反常色散。与传统光纤和普通光子晶体光纤相比，这种新型的色散平坦光纤在密集波分复用（DWDM）光通信系统中具有更高的应用价值。