坐席低谷效应的时域有限差分多项模拟

介绍了交错网格下,以声压和质点振动速度为声场参量的室内声学时域有限差分递推格式,给出了在建筑边界截断计算区域的边界条件差分格式。在水平地面房间模型下,应用时域有限差分法模拟了坐席低谷效应对于空间和时间的多种特性;此外,模拟了地面起坡时的低谷效应。     

时域有限差分法在建筑声学中的应用及前景

介绍了声波方程的基本差分格式及稳定条件、数值色散、吸收边界条件等数值计算理论，例举了前人用时域有限差分法对噪声传播过程的模拟和室内声学中座椅吸声低谷效应模拟的模拟结果。本文指出，由于时域有限差分法的特点使其具有在模拟脉冲响应方而的特别优势，因而，应用这一技术研究厅堂的声学特性，尤其是低频特性，将有重要意义。     

色散金属光学特性分析通用时域有限差分方法

结合数字信号处理中的半解析递归卷积(SARC)算法,提出一种用于金属光学特性分析的改进半解析递归时域有限差分方法(SARC FDTD)。该方法保持了SARC算法的绝对稳定性和高精度、低内存等优点,又利用梯形近似使FDTD递推公式更加简洁,计算效率进一步提高,对于各种常用金属色散模型,均只需给出模型的极点和对应的系数,即可运用该算法的程序进行计算,具有较好的通用性。最后,通过金属的高阶Lorentz,Drude-Lorentz和Drude-CP三种常用色散模型对算法进行了验证。     

Analysis of femtosecond optical pulse propagation in one-dimensional nonlinear photonic crystals using finite-difference time-domain method

In this paper, we have used the finite-difference time-domain (FDTD) method to analyze the optical pulse propagation in a nonlinear, one-dimensional photonic crystal (1DPC). Hyperbolic secant pulses with various carrier wavelengths are utilized in this study. In a nonlinear regime, a 1DPC introduces a photonic band-gap whose central wavelength and width depend on the input pulse intensity. In the present work, three different cases are considered. These correspond to the carrier wavelengths of the incident pulses being out of, near to, and partially in the band-gap. For each case, the effect of nonlinearity on pulse propagation is investigated. Also, we have analyzed the two-frequency regime, in which each of the two pulses has a different carrier frequency (wavelength). This kind of study can be done directly with FDTD without any further computational burden but it is somewhat complicated using nonlinear coupled-mode equations (NLCME) and nonlinear Schrödinger equation (NLSE), which require separate treatments for each carrier wavelength.     

色散金属光学特性分析通用时域有限差分方法

结合数字信号处理中的半解析递归卷积(SARC)算法,提出一种用于金属光学特性分析的改进半解析递归时域有限差分方法(SARC FDTD)。该方法保持了SARC算法的绝对稳定性和高精度、低内存等优点,又利用梯形近似使FDTD递推公式更加简洁,计算效率进一步提高,对于各种常用金属色散模型,均只需给出模型的极点和对应的系数,即可运用该算法的程序进行计算,具有较好的通用性。最后,通过金属的高阶Lorentz,Drude-Lorentz和Drude-CP三种常用色散模型对算法进行了验证。     

一种适于1维磁等离子体电磁波传输特性的FDTD分析

提出了一个新的分析各向异性磁等离子体中电磁波传输特性的时域有限差分（FDTD）方法。该方法是将电流密度矢量与电场强度矢量之间的本构方程基于拉普拉斯变换原理转到复频域,然后再逆变换到时域得到它们之间显式的方程,最后再结合指数差分,得到离散时域的显式的FDTD迭代方程,解决了本构方程中电流密度矢量的分量相互耦合而不易直接离散的困难。该方法在数学上具有简单明了和易于计算的特点,同时通过该方法计算各向异性等离子体板的电磁波反射和透射系数,与其解析解进行比较,结果表明了该方法的准确性和有效性。     

Full-wave analyses of H-meshed-strip line by an FDTD networking approach

A finite-difference time-domain (FDTD) networking approach is applied to the full-wave analysis of the transmission properties of H-meshed-strip line. The network formulation incorporated with the FDTD method leads to a large saving in computation time and computer memory.This work was supported by the National Natural Science Fundation of China.     

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通过增加外磁场来调控等离子体光子晶体的光子带隙结构,采用时域有限差分算法分析了由本征层为磁化等离子体层和其他电介质材料层交替堆叠而成的磁化等离子体光子晶体的光子带隙结构,数值模拟中采用完全匹配层吸收边界条件以防止边界的反射。由于外磁场的法拉第磁光效应,使等离子体的介电常数随着外磁场的变化而改变。数值结果表明,等离子体光子晶体的带隙特性在一定的频率范围相应地得到调节,实现了频率低于等离子体频率的电磁波也能在等离子体中传播。     

基于法拉第效应磁化等离子体光子晶体FDTD分析

通过增加外磁场来调控等离子体光子晶体的光子带隙结构,采用时域有限差分算法分析了由本征层为磁化等离子体层和其他电介质材料层交替堆叠而成的磁化等离子体光子晶体的光子带隙结构,数值模拟中采用完全匹配层吸收边界条件以防止边界的反射。由于外磁场的法拉第磁光效应,使等离子体的介电常数随着外磁场的变化而改变。数值结果表明,等离子体光子晶体的带隙特性在一定的频率范围相应地得到调节,实现了频率低于等离子体频率的电磁波也能在等离子体中传播。     

A spherical higher-order finite-difference time-domain algorithm with perfectly matched layer

A higher-order finite-difference time-domain（HO-FDTD） in the spherical coordinate is presented in this paper. The stability and dispersion properties of the proposed scheme are investigated and an air-filled spherical resonator is modeled in order to demonstrate the advantage of this scheme over the finite-difference time-domain（FDTD） and the multiresolution time-domain（MRTD） schemes with respect to memory requirements and CPU time. Moreover, the Berenger＇s perfectly matched layer（PML） is derived for the spherical HO-FDTD grids, and the numerical results validate the efficiency of the PML.     

色散介质电磁特性时域有限差分分析的Newmark方法

根据Debye模型、Drude模型和Lorentz模型3种常见色散介质模型频域极化率的特点,利用频域到时域的转换关系jω→?/?t,将极化矢量P与电场强度E的频域关系转换成时域内关于P的二阶微分方程,其对3种色散介质模型皆适用,具有统一的形式.然后采用相比于中心差分具有更高精度的Newmark两步算法(Newmark-β-γ法)求解该方程,进而得到E→P的递推公式,再结合本构关系得到D→E的时域递推式.实现了色散介质电磁场量的时域有限差分迭代计算.数值计算结果表明该方法是适用于3种色散介质模型的通用算法,并且相比于移位算子时域有限差分方法等以中心差分为基础的离散方案具有更高的计算精度.     

Full-wave analyses of meshed-ground crossover networks by FDTD method

The finite-difference time-domain (FDTD) method is applied to the full-wave analyses of the electrical properties of meshed-ground crossover networks.This work is supported by the National Natural Science Fundation of China.     

一种基于数字信号处理技术的改进通用色散介质移位算子时域有限差分方法

借鉴数字信号处理技术中的无限脉冲响应滤波器实现的思想,提出一种适用于通用色散介质的改进移位算子时域有限差分（shift operator finite-difference time-domain,SO-FDTD）方法.与原SO-FDTD方法相比,改进的SO-FDTD方法内存占用减少33%以上,同时计算时间也有所减少.最后通过一阶、二阶色散介质雷达散射截面计算验证了方法的通用性和有效性. 关键词： 时域有限差分 色散介质 移位算子     

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.     

用时域有限差分法实现金属支撑杆的计算机模拟

在三维Yee网格模型以及蛙跳模型的基础上建立了支撑杆的数学模型，推导了支撑杆在三维直角坐标系下的电流及单位长度上电感的计算公式.讨论了二维、三维空间网格上不同支撑杆取向及不同坐标系下的实现方法，同时也给出了支撑杆在时域有限差分主迭代循环中的子迭代方法.以磁绝缘线振荡器为例，从其粒子运动及输出功率方面验证了模拟的正确性. 关键词： 粒子模拟 Yee网格 时域有限差分 支撑杆     

Investigation of three-pulse photon echo in thick crystal using finite-difference time-domain method

This paper investigates the phenomenon of three-pulse photon echo in thick rare-earth ions doped crystal whose thickness is far larger than 0.002 cm which is adopted in previous works.The influence of thickness on the three-pulse photon echo's amplitude and efficiency is analyzed with the Maxwell-Bloch equations solved by finite-difference timedomain method.We demonstrate that the amplitude of three-pulse echo will increase with the increasing of thickness and the optimum thickness to generate three-pulse photon echo is 0.3 cm for Tm~(3+):YAG when the attenuation of the input pulse is taken into account.Meanwhile,we find the expression 0.09 exp(α'L),which is previously employed to describe the relationship between echo's efficiency and thickness,should be modified as 1.3 · 0.09 exp(2.4 ·α'L) with the propagation of echo considered.     

电磁脉冲作用下自由空间线缆的感应开路电压

 运用时域有限差分法结合基于Kirchhoff积分的近／远场变换,计算了高功率微波（HPM）和超宽带（UWB）电磁脉冲作用下自由空间不同长度线缆上感应的开路电压,分析了感应电压峰值和线缆长度之间的变化关系以及入射波波形参数对其影响。计算结果表明,辐射场电场强度为50 kV·m^-1的HPM和UWB作用在线缆上可以感应出几百V到数十kV的脉冲电压;感应电压的峰值与线缆长度之间并不是单调线性增加的关系;HPM的载频越高,感应电压峰值越小;UWB的脉冲宽度越宽,感应电压峰值越大。     

共形时域有限差分技术在戏场八字墙中的应用*

模拟了一椭圆房间内的声聚焦问题,进行了共形技术与阶梯近似法的比较,结果表明共形技术比传统的阶梯近似法更精确,将共形时域有限差分技术引入声波动方程,有利于解决建筑结构中的曲面或者倾斜边界的声学问题。在此基础上,建立了含有八字墙的戏台模型,计算模拟了不同角度、不同宽度的八字墙对各个测区声场强度的影响。同时,计算分析了几种不同八字墙条件下的早期声能比和侧向能量因子,结果显示当八字墙取一定的角度时可加强早期声与侧向反射声,提供了更好的清晰度、空间感等。     

利用时域有限差分法模拟金纳米球及球壳的光学特性

利用时域有限差分方法研究了金纳米球、金纳米球壳及多层球壳的消光特性及电场分布.结果表明:金纳米颗粒的几何参量对消光峰的位置有显著影响.随着SiO2核心半径的增大,金纳米壳的消光峰显著红移.随着金核心半径的增大,gold-silica-gold多层球壳消光谱的低能峰显著红移,而高能峰微弱蓝移.     

基于Newmark算法的任意磁化方向铁氧体电磁散射时域有限差分分析

利用坐标系转换矩阵给出实验室坐标系中饱和磁化铁氧体的频域磁导系数张量,再通过频域到时域的转换关系jω→?/?t得到一个二阶微分方程形式的时域本构关系.然后采用Newmark方法求解时域本构关系从而给出一种适用于处理任意磁化方向铁氧体电磁问题的Newmark时域有限差分算法.利用此算法计算了饱和磁化铁氧体层的反(透)射系数和饱和磁化铁氧体球的后向雷达散射截面,所获得的结果验证了此算法的正确有效性.