阵列波导光栅的简便模拟方法及应用

结合等效折射率方法并利用高斯光束近似给出了一种简便的模拟计算阵列波导光栅方法,可实现AWG锔模拟模拟计算结果与理论公式计算结果吻合利用这种模拟方法,模拟了一个阵列波导光栅(AWG)实例,并考察了阵列波导条数对器件性能的影响,最后分析了制造工艺误差对器件性能的影响     

开口波导有效接收面积的测量

 讨论了用开口波导N5作为接收天线的有效面积的测量，给出了测试的原理和方法，并给出了该开口波导的有效接收面积与频率的关系的测试结果。将测试结果与俄国人标定的结果进行了比较。结果表明测试结果是可信的，为准确测试高功率微波源的输出辐射场功率提供了必要条件。该测试方法也适用于其他天线的增益和有效面积的测量。     

一种适用于任意折射率分布的等效折射率方法

提出了一种新的等效折射率方法,可以将光波导的两维折射率分布精确等效成一维折射率分布。从波动方程出发,通过严格的数学推导,得到了一维等效折射率分布的表达式。该等效折射率分布由二维光波导的模场分布和折射率分布决定。在此等效过程中,几乎无任何近似,因此具有比传统等效折射率方法(EIM)更高的精度,而且不受波导截止条件的限制,并适用于任意的折射率分布结构。以SOI(silicon-on-insulator)脊型光波导为例,给出新方法的一个具体等效实施过程,比较了新方法与传统等效折射率方法计算得到的等效模场分布及等效折射率,结果显示本文方法的有更高的计算精度。最后,文中给出了一个利用这种等效方法计算弯曲波导损耗的例子。新方法可以使对三维结构(截面为任意折射率分布)的模拟简化成二维模拟。     

基于PML边界的有限差分法及其在光波导泄漏损耗计算中的应用

利用结合完美匹配层(PML)边界的有限差分法计算了光波导的泄漏损耗.通过采用非均匀格点差分格式和反正切坐标变换的方法,有效地减小了计算量并提高了计算精度.分析了PI(polyimide)掩埋型波导和SOI(silicon-on-insulator)脊型波导两种典型结构的泄漏损耗,给出了波导结构尺寸对泄漏损耗的影响,并对有效减小泄漏损耗的方法进行了讨论.     

隐埋波导耦合集成化激光器模拟设计

本文设计了一种利用隐埋波导耦合的集成化GaAs/GaAlAs单模激光器。并从四层不对称波导的基本电场方程及其本征方程出发,用计算机模拟方法,计算出该集成型激光器结构参数之间的关系,文中还讨论了在不同a、h(y)、D条件下基侧模的最小隐埋波导宽度W,波导中心厚度h,有效隐埋波导宽度W_(off)与横向光限制的关系.在模拟计算基础上,导出了四层不对称波导的归一化有效折射率b和限制Г_x因子的近似表示式,并得出该激光器最佳结构参数.     

基于有限差分光束传播法的过渡波导功耗分析

为了在既定尺寸下减小斜坡波导和弯曲波导的功耗，设计了4种过渡波导形状函数。用有限差分光束传播法(FD-BPM)进行了模拟分析，发现过渡波导形状的选取与坡度和曲折角存在条件有关，并给出了条件表达式及其详细说明。     

粒子模拟中激励源的一种等效设置方法

 基于计算电磁学中对强迫激励源消除虚假反射的算法分析,提出了用等效电流和等效磁流在FDTD公式中引入电场激励源和磁场激励源的方法。从粒子模拟方法的基本方程和迭代公式出发,分析了激励源的引入过程,推导出激励源所等效的电流项和磁流项表达式,实现了新的激励源设置方法,并进行了数值验证和结果讨论。研究表明：这类等效模型与标准FDTD公式能紧密结合,引入非常方便;不必专门设置一个附加的散射场区来处理散射场的计算,大大节省了计算时间和计算内存,比常规总场/散射场体系方法的效率高20%以上,对粒子模拟这类耗时的计算较为适用。通过对2维柱坐标系下相对论速调管放大器(RKA)的模拟,证明了此类激励源设置方法的实用性。     

卷积完全匹配层截断3维金属矩形波导的应用研究

 讨论了高功率微波源模拟中波导开放边界截断的需求,分析了不同类型完全匹配层(PML)的特点,选用卷积形式PML截断色散波导器件的开放边界。从自由空间电磁波的平面波解和分裂形式的PML出发,构造了未分裂形式的PML,用傅里叶变换的卷积定理,导出了直角坐标系下卷积完全匹配层(CPML)介质中电磁场的迭代形式的离散方程。在不同频率和模式激励源作用下,模拟计算了CPML截断矩形波导开放边界的性能,数值结果表明最大相对误差都小于-70 dB,远好于Mur吸收边界的截断效果。     

EAST低杂波天线耦合特性研究

采用数值模拟方法研究了EAST低杂波天线的耦合特性。基于二维线性耦合理论,计算了天线功率反射系数和方向性系数与等离子体参数的关系,分析了无源波导对天线耦合性能的影响,并给出了不同参数下天线的功率谱。结果表明,无源波导使天线的方向性略有下降,但减小了天线的功率反射系数,这有利于天线与等离子体的耦合。     

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采用数值模拟方法研究了EAST低杂波天线的耦合特性。基于二维线性耦合理论,计算了天线功率反射系数和方向性系数与等离子体参数的关系,分析了无源波导对天线耦合性能的影响,并给出了不同参数下天线的功率谱。结果表明,无源波导使天线的方向性略有下降,但减小了天线的功率反射系数,这有利于天线与等离子体的耦合。     

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.     

一种计算分层半空间上方导线瞬态响应的新方法

提出了一种将时域积分方程(time domain integral equation, TDIE)方法和时域有限差分(finite differnce time domain, FDTD)方法相结合计算分层有耗半空间上方导线瞬态电磁响应的新方法.其中,一维FDTD方法用于计算入射电磁波经分层半空间反射的时域波形.TDIE用于求解细导线在加入两个激励源(直接入射电磁波和经分层半空间反射的电磁波)时的瞬态响应.相关计算理论和数值模拟结果说明了本文方法是一种解决了分层有耗介质上方水平放置导线瞬态响应的高效解决方案. 关键词： 时域积分方程 时域有限差分 细导线 分层半空间     

Source implementation to eliminate low-frequency artifacts in finite difference time domain room acoustic simulation

The finite difference time domain (FDTD) method is a numerical technique that is straight forward to implement for the simulation of acoustic propagation. For room acoustics applications, the implementation of efficient source excitation and frequency dependent boundary conditions on arbitrary geometry can be seen as two of the most significant problems. This paper deals with the source implementation problem. Among existing source implementation methods, the hard source implementation is the simplest and computationally most efficient. Unfortunately, it generates a large low-frequency modulation in the measured time response. This paper presents a detailed investigation into these side effects. Surprisingly, some of these side effects are found to exist even if a transparent source implementation is used. By combing a time limited approach with a class of more natural source pulse function, this paper develops a source implementation method in FDTD that is as simple and computationally as efficient as a hard source implementation and yet capable of producing results that are virtually the same as a true transparent source. It is believed that the source implementation method developed in this paper will provide an improvement to the practical usability of the FDTD method for room acoustic simulation.     

轨道电路系统长钢轨电容补偿电磁脉冲耦合效应

结合时域有限差分(FDTD)方法、传输线方程和长钢轨激励场快速计算方法,研究了一种高效的时域混合算法,实现长钢轨电容补偿电磁脉冲耦合效应的时域快速计算。首先,为避免对钢轨不规则结构的直接建模,根据趋肤效应,将钢轨等效为管状导体模型并提取对应的单位长度分布参数。然后,根据长钢轨激励场快速计算方法,快速计算长钢轨沿线电场分布,并结合传输线方程构建钢轨等效圆柱模型与补偿电容一体化的电磁耦合模型。最后,使用FDTD方法求解传输线方程,获取钢轨沿线各点的电磁脉冲耦合响应。研究结果表明,钢轨耦合电流波形不断展宽,但是峰值随长度增加到一定值后达到饱和状态,此结论可为轨道电路系统电磁防护设计提供重要的数据支撑。     

Full-wave parallel dispersive finite-difference time-domain modeling of three-dimensional electromagnetic cloaking structures

A parallel dispersive finite-difference time-domain (FDTD) method for the modeling of three-dimensional (3-D) electromagnetic cloaking structures is presented in this paper. The permittivity and permeability of the cloak are mapped to the Drude dispersion model and taken into account in FDTD simulations using an auxiliary differential equation (ADE) method. It is shown that the correction of numerical material parameters and the slow switching-on of source are necessary to ensure stable and convergent single-frequency simulations. Numerical results from wideband simulations demonstrate that waves passing through a three-dimensional cloak experience considerable delay comparing with the free space propagations, as well as pulse broadening and blue-shift effects.     

Near-field scanning optical microscopy local luminescence studies of rhodamine dye

This article presents results of near-field scanning optical microscope measurement of local luminescence of rhodamine 3B intercalated in montmorillonite samples. We focus on how local topography affects both the excitation and luminescence signals and resulting optical artifacts. The Finite Difference in Time Domain method (FDTD) is used to model the electromagnetic field distribution of the full tip-sample geometry including far-field radiation. Even complex problems like localized luminescence can be simulated computationally using FDTD and these simulations can be used to separate the luminescence signal from topographic artifacts.     

移动坐标系FDTD方法在脉冲波传播中的应用

通过在时域有限差分(FDTD)方法中引入移动坐标系,解决了一般FDTD方法处理脉冲长距离传播时面临的困难。推导了移动坐标系下的场方程和FDTD差分格式,并将该方法应用于模拟波导中电磁脉冲的传播。计算结果表明,在传播过程中,脉冲波包沿传播方向逐渐展宽,脉冲的峰值场强变小,同时出现了色散现象,脉冲中传播较慢的成分逐渐移向尾部,产生带尾态,这与一般FDTD方法得到的计算结果接近。多个频率的计算结果表明,该方法与一般FDTD方法得到的数据的相对误差小于0.1%,验证了方法的可行性和正确性。     

低频电磁脉冲对复杂电大目标耦合效应

针对复杂电大目标电磁脉冲耦合效应缺乏定量研究的问题,基于时域有限差分方法(FDTD)建立了一套电磁脉冲耦合效应建模与评估分析流程,开展了低频电磁脉冲激励下的仿真试验,获取和分析了特性数据,进而提出了一种表面加载透明导电材料的低频电磁脉冲激励防护方法。试验结果表明:基于功率密度的易损性分析具有良好的工程适用性,而且防护方法对低频电磁脉冲激励具有较好的屏蔽效能。     

平面光波导结构的FDTD分析

将各向异性理想匹配层(APML)吸收边界条件用于平面光波导结构的时域有限差分法(FDTD)分析中,导出了APML媒质中适用于角域和边缘的通用差分方程,并对平行介质带定向耦合器进行了数值模拟和验证,所得数值解与解析解非常一致.该方法可用于任意复杂结构的平面光波导的计算机辅助设计与分析.