粒子模拟中的一种高频噪声抑制算法

对粒子模拟中的高频噪声的产生机理进行分析,并给出一种既能对高频数值噪声进行过滤又能满足Q值较高的相对论型微波器件计算要求的时域有限差分(FDTD)算法——High_Q FDTD算法.在中心差分FDTD算法和时偏FDTD算法的基础上,给出High_Q算法的计算公式,并着重分析算法的稳定性与收敛性.通过对相对论返波管(RBWO)的计算,将计算结果与中心差分和时偏FDTD算法的计算结果比较,验证算法有较好的滤波特性和计算精度.     

三维电磁粒子模拟并行计算的研究

三维电磁粒子模拟基于时域有限差分算法（FDTD）和PIC（particle-in-cell）方法.根据FDTD和PIC方法的特点,可以将整个模拟区域分割为多个子区域,每个计算进程模拟计算一个子区域,通过消息传递交换子区域的边界数据从而实现并行计算这一基本思路,完成了并行算法的设计,并分析了并行加速比的影响因素.在三维电磁粒子模拟软件CHIPIC3D上实现了该并行算法并验证了算法的正确性,最后应用CHIPIC3D并行版本对磁绝缘线振荡器和相对论速调管两种典型的高功率微波源器件进行了模拟,证明了该并行算法能取 关键词： 电磁粒子模拟 时域有限差分 并行计算 高功率微波源     

等离子体的分段线性电流密度递推卷积FDTD算法

给出了一种新的色散介质的时域有限差分(FDTD)算法，称为分段线性电流密度递推卷积FDTD算法.利用电流密度和电场强度的卷积关系，给出了该算法的计算公式.通过计算碰撞冷均匀等离子体平板对电磁波的反射系数和透射系数，验证了该算法的高效性和高精度. 关键词： 色散介质 FDTD算法 电磁波     

任意形状金属腔体内电磁脉冲的三维计算

提出了模拟任意形状腔体中的内电磁脉冲的三维直角坐标系时域有限差分(FDTD)算法。该算法采用FDTD共形网格技术模拟任意形状腔体的边界,可以解决腔体内非对称的边界问题。推导了射线斜入射的差分方程,进行了三维数值计算,并采用直角坐标系FDTD算法和柱坐标系FDTD算法计算了射线斜入射圆柱腔体产生的内电磁脉冲,二者吻合很好,验证了直角坐标系FDTD算法正确性。     

各向异性磁等离子体的辅助方程FDTD算法

通过对辅助方程的差分迭代，给出了一种新的各向异性磁化等离子体的辅助方程时域有限差分(FDTD)算法.并与电流密度卷积(JEC)算法进行了比较.通过计算磁化等离子体平板对平行于磁场传播的电磁波的反射和透射系数，验证了该算法的精度与JEC算法基本相同，而计算效率提高数倍. 关键词： 色散介质 时域有限差分算法 各向异性 磁化等离子体     

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     

各向异性磁化等离子体的SO-FDTD算法

给出了一种新的计算各向异性磁化色散介质的有限差分(FDTD)算法，称为移位算子FDTD(SO-FDTD)算法，它利用算子之间的移位递推关系，将一类色散介质的包含介电常数的表达式写成有理分式函数形式，进而导出FDTD中一系列相关量之间的关系.通过计算各向异性等离子体平板对电磁波的反射系数和透射系数，验证了该算法的高效性和高精度，与JEC算法相比，可使计算效率提高数倍. 关键词： 磁化等离子体 电磁波 FDTD方法 各向异性     

一种适用于任意阶空间差分时域有限差分方法的色散介质通用吸收边界条件算法

基于伸展坐标完全匹配层方程和辅助微分方程 方法, 给出了一种在时域有限差分(FDTD) 计算中适用于常见色散介质的通用边界条件算法. 该算法适用于任意阶的FDTD空间差分, 并且由于所采用的D-H方程独立于计算区域, 所以可以被用于截断任意电介质. 数值试验结果表明, 与卷积完全匹配层 算法相比较, 所提出的吸收边界条件算法不仅通用性强、 计算复杂度低、 计算时间短, 并且吸收效果有明显的提高.     

基于紧致差分格式的高效时域有限差分算法

探讨一种基于紧致差分格式的高效时域有限差分算法(high-order compact-FDTD),该方法不仅提高计算精度,而且网格结点少、内存使用率和CPU时间大为降低.利用紧致格式FDTD方法实现无耗波导系统及光子晶体光纤中电磁波传播的数值模拟.通过计算实例验证算法的高效性.     

各向异性磁化等离子体JEC-FDTD算法

将色散介质的电流密度卷积-时域有限差分(JEC-FDTD)算法推广到各向异性磁化等离子体色散介质.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JEC-FDTD算法的公式.计算磁化等离子体平板对平行于磁场传播的电磁波的反射和透射系数，通过与解析结果的比较，验证了该算法的高效性和高精度. 关键词： 色散介质 FDTD算法 各向异性 磁化等离子体     

等离子体微带开关特性

提出一种基于微放电等离子体的微带开关。它是以“时变等离子体”取代微带线射频微机电开关的“金属悬臂”,利用等离子体的导体或介质特性使电磁波沿其表面进行传输或截止,从而实现微带线上电磁波传输的动态控制。等离子体微带开关的基本结构包括用以隔断电磁波的微带间隙和产生片状等离子体的放电装置。放电产生时,电磁波因等离子体导体性通过开关,形成“开”状态;放电停止后,电磁波被微带间隙反射,形成“关”状态。利用CST软件仿真研究了等离子体开关特性,结果表明:这种开关的带宽由等离子体密度决定,隔离度由间隙决定,而工作插损与等离子体密度和电子碰撞频率有关。等离子体位形（宽度、厚度等）对于开关性能也非常重要。     

Sound field of thermoacoustic tomography based on a modified finite-difference time-domain method

A modified finite-difference time-domain （FDTD） method is proposed for the sound field simulation of the thermoacoustic tomography （TAT） in the acoustic speed inhomogeneous medium. First, the basic equations of the TAT are discretized to difference ones by the FDTD. Then the electromagnetic pulse, the excitation source of the TAT, is modified twice to eliminate the error introduced by high frequency electromagnetic waves. Computer simulations are carried out to validate this method. It is shown that the FDTD method has a better accuracy than the commonly used time-of-flight （TOF） method in the TAT with the inhomogeneous acoustic speed. The error of the FDTD is ten times smaller than that of the TOF in the simulation for the acoustic speed difference larger than 50%. So this FDTD method is an efficient one for the sound field simulation of the TAT and can provide the theoretical basis for the study of reconstruction algorithms of the TAT in the acoustic heterogeneous medium.     

Ultrasonic pulse waves in cancellous bone analyzed by finite-difference time-domain methods

The trabecular frame of cancellous bone has a high degree of porosity, anisotropy and inhomogeneity. The propagation of ultrasonic waves in cancellous bone is significantly affected by the trabecular structure. In this paper, two two-dimensional finite-difference time-domain (FDTD) methods, which were the popular viscoelastic FDTD method for a viscoelastic medium and Biot's FDTD method for a fluid-saturated porous medium, have been applied to numerically analyze the ultrasonic pulse waves propagating through bovine cancellous bone in the directions parallel and perpendicular to the trabecular alignment. The Biot's fast and slow longitudinal waves, which were identified in previous experiments for the propagation parallel to the trabecular orientation, could be analyzed using Biot's FDTD method rather than the viscoelastic FDTD method. For the single wave propagation in the perpendicular direction, on the other hand, the viscoelastic FDTD result was found to be in more good agreement with the experimental result.     

LED光学传播的有限元研究

有限时域差分(FDTD)广泛应用于提高发光二极管(LED)芯片外量子效率.这种方法是针对波导结构的一种分析计算,对于激光器是有效的,但是对LED很难模拟其有源层多种模式出射的情况.应用有限元电磁场分析方法对LED进行光学建模并对光子晶体结构的外量子效率进行了计算.特别在对光源的处理上,使用了点光源球面波来进行分析并且考...     

Numerical Analysis of Induced Phase Modulation between Two Ultrashort Pulses in Silica Fiber by the Extended Finite-Difference Time-Domain Method

We have analyzed the induced phase modulation (IPM) for ultrashort (74 fs) two-pulse propagation in a silica fiber by the extended finite-difference time-domain (FDTD) method, considering all exact Sellmeier-fitting values and nonlinear polarization P_NL involving the Raman response function. We show that nonlinear polarization causes several phenomena in spectral characteristics of propagated pulses, such as self-phase modulation (SPM), self-steepening, Raman response and IPM, by the extended FDTD method. To the best of our knowledge, this is the first IPM calculation by the extended FDTD method for the simultaneous propagation of two ultrashort (74 fs) laser pulses in a silica fiber.     

Analysis of Millimeter Wave Microstrip Circulator with a Magnetized Ferrite Sphere by FDTD Method with Modified Matrix Pencil Method

In this paper, the modified matrix pencil (MMP) method is used in the finite difference time domain (FDTD) method to eliminate the late time instability of time domain responses when analyzing the novel microstrip circulator with a magnetized ferrite sphere. The frequency dependent scattering parameters: reflection, isolation and insertion parameters of the microstrip circulator calculated over a wide band of frequencies with this hybrid method are compared with that obtained by direct FDTD method which agree well with the experimental results.     

椭圆柱形光学黑洞红外辐射特性分析

本文主要采用时域有限差分(FDTD)方法计算了二维椭圆柱形光学黑洞的红外辐射特性。并且采用几何光学近似(GOA)对椭圆柱形的光学黑洞的光线入射轨迹进行分析和比较。研究结果表明,FDTD计算的光学黑洞内的能流分布结果与GOA计算的光学黑洞内的光线入射轨迹结果相吻合,椭圆柱形光学黑洞的红外辐射特性主要受折射率梯度和入射波长的影响。