微波与低温等离子体相互作用的二维FDTD模拟
fdtd表面等离子模型公式
fdtd表面等离子模型公式
fdtd表面等离子模型是一种用于描述电磁波与表面等离子体相互作用的模型。
在这个模型中，我们假设表面等离子体是由一系列自由电子和正离子组成的，它们可以在外加电场的作用下产生振荡，并与电磁波相互作用。
通过fdtd表面等离子模型，我们可以研究电磁波在表面等离子体中的传播、散射和吸收等现象。
这个模型的基本原理是根据麦克斯韦方程组和洛伦兹力方程，通过数值求解的方法来模拟电磁波在表面等离子体中的行为。
在这个模型中，我们需要考虑表面等离子体的性质，比如等离子体的密度、电荷分布和自由电子的运动等。
通过这些参数，我们可以计算出电磁波在表面等离子体中的传播速度、衰减和反射等特性。
使用fdtd表面等离子模型可以帮助我们更好地理解电磁波与表面等离子体相互作用的机制。
通过对模型的研究和分析，我们可以得到电磁波在表面等离子体中传播的规律和特性，为相关领域的研究和应用提供理论基础和指导。
fdtd表面等离子模型是一种重要的工具，可用于研究电磁波与表面等离子体相互作用的现象。
通过对模型的建立和求解，我们可以深入理解电磁波在表面等离子体中的行为，为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
用FDTD法分析冷等离子体模型左手材料填充对同轴线截止特性的影响_林福明
收稿日期：2013-05-10基金项目：江西省教育厅一般基金项目（GJJ12330）；江西理工大学校级课题项目（jxxj12076）作者简介：林福明（1985-），男，助教，主要从事电磁场理论及应用等方面的研究，E-mail ：lfm3041@ ．文章编号：２０９５－３０４６（２０１３）０５－００９２－０４用ＦＤＴＤ法分析冷等离子体模型左手材料填充对同轴线截止特性的影响林福明1a ，刘志勇1b ，胡智昕2（1.江西理工大学，a.西校区；b.理学院，江西赣州341000；2.赣南医学院第一附属医院，江西赣州341000）摘要：左手材料的研究是近年来的科研热点.电磁波在左手材料中的传播特性成为研究的主要方向之一.给出了柱坐标系下冷等离子体模型左手材料改进后的时域有限（FDTD ）差分格式.利用得到的FDTD 差分格式数值计算了不同厚度、不同折射率冷等离子体模型左手材料分别部分填充同轴线后TE 模的归一化截止波数，并与正常材料部分填充进行比较.结果显示：左手材料部分填充同轴线后，其TE 模截止波数随填充厚度和折射率绝对值的增大而增大，与正常材料填充的结果正好相反.展示了左手材料具有奇异的电磁特性，为左手材料的研究提供数据基础.关键词：左手材料；FDTD 法；同轴线；截止波数中图分类号：O451文献标志码：AFDTD method for analyzing the impact of cutoff characteristic of the coaxial line filled with cold plasma model of left-handed materialLIN Fu-ming 1a ,LIU Zhi-yong 1b ,HU Zhi-xin 2(1.Jiangxi University of Science and Technology,a.West campus;b.College of Science,Ganzhou 341000,China;2.The First Affiliated Hospital of Gannan Medical University,Ganzhou 341000,China)Abstract:In recent years,the left -handed materials are so widely studied in scientific research so that its radio-wave propagational characteristics become an important problem.This paper presents the improvement of difference scheme of FDTD for calculating cold plasma model of left-handed materials in cylindrical coordinate system.The normalized cut-off wavenumber of TE-mode of the coaxial line filled with cold plasma model of left-handed materials with different thickness,different refractive index is calculated by FDTD method,and a result of comparison with the normal material partially filled is given.The result shows:after the cold plasma model of left-handed materials partly filled in the coaxial line,the normalized cut-off wavenumber of TE-mode is increased along with the increasing thickness and refractive index absolute value of left-handed materials,the result of the normal materials filling is in the opposite.The fantastic electromagnetic characteristics of left-handed materials is showed,and provides the data base for studying left-handed materials.Key words:left-handed material;FDTD method;coaxial line;cut-off wavenumber江西理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ第34卷第5期2013年10月Vol.34,No.5Oct.2013DOI:10.13265/ki.jxlgdxxb.2013.05.003设其内导体半径为a ，外导体半径为b ，a/b =0.25.内导体和外导体之间的部分为计算区域，计算区域划分为40×360个网格，采用正弦调制高斯脉冲作为激励源.左手材料的折射率为-2，即设定ωpe =ωpm =3姨·ω0，其中ω0=2πf 0，f 0为入射波的频率，f 0取为1.66GHz.空间步长取入射波波长的十分之一，即Δr=Δφ=λ/10，时间步长为Δt =Δr /2c ，c 为真空中的光速.依次改变填充介质的厚度d ，利用Matlab 编程计算得到金属同轴线填充不同厚度左手材料后，TE 模各高阶模的归一化截止波数随厚度的变化曲线，如图2.为了比较，把冷等离子体模型左手介质填充区域换成正常均匀介质填充，其折射率设为n =2，网格划分和其他参数设置保持不变.利用Matlab 编程计算得到填充不同厚度正常均匀介质后，TE 模各高阶模的归一化截止波数随厚度的变化曲线，如图3.比较图2和图3可以发现，随着左手介质填充厚度的增加，同轴线内TE 模各高阶模的归一化截止波数增大，也即，TE 模的截止波长减小，截止频率增大；但正常介质填充对同轴线内各高阶TE 模归一化截至波数的影响与左手介质填充得到的结果正好相反.2.2填充介质相对折射率对截止特性的影响根据同轴线的截面图1，同轴线的尺寸和介质填充方式不变.计算区域的网格划分为40×360，填充介质的厚度为d 保持不变，取d/b =0.25.冷等离子体模型左手材料的折射率分别设定为n =-1，-2，-3，…，-6.对于正常介质填充，其他设置不变，只是设置填充介质的折射率分别为n =2姨，3姨，…，10姨.采用正弦调制高斯脉冲作为激励源，利用Matlab 编程计算得到TE 模归一化截止波数和随填充介质折射率变化的关系曲线，如图4和图 5.图2左手介质填充厚度的对截止波数的影响图1介质填充同轴线987654321归一化截止波数TE5TE4TE3TE2TE10.10.20.30.40.5d/b d a b 图3右手介质填充厚度对截止波数的影响4.03.63.22.82.42.01.61.2归一化截止波数TE3TE2TE10.250.300.350.400.450.50d/b 7654321归一化截止波数TE5TE4TE3TE2TE1123456折射率的绝对值图4左手介质折射率对归一化截止波数的影响江西理工大学学报2013年10月94比较图4和图5可以看出，部分填充冷等离子体模型左手材料后，同轴线内的TE 模的归一化截止波数随折射率的绝对值的增大而增大；填充正常均匀介质则刚好得到相反的结果，TE 模归一化截止波数随折射率的增大而减小.3结论本文利用改进后的FDTD 差分格式，数值计算了冷等离子体模型左手材料部分填充同轴线后对其TE 模截止特性的影响.计算结果表明：①增大左手材料的填充厚度或者增大左手材料的相对折射率，同轴线内TE 模归一化截止波数将增大，与正常介质填充得到的结果正好相反；②与相对折射率相比，左手材料填充厚度的改变对同轴线内TE 模截止波数的影响更大；③同轴线内传输的主模为TEM 模，为实现单模传输，截止各阶色散模（TE 和TM 模），只需在同轴线内填充一定厚度的左手介质薄层.左手材料使改变同轴线的传输特性变得简单方便.计算结果展示了左手材料具有奇异的电磁特性，但计算过程没有考虑实际的工艺制作和介质本身的色散等问题，只在理论上对其进行模拟计算，为左手材料的研究及未来可能的应用提供数据基础.参考文献:[1]Veselago V G.The electrodynamics of substances withsimultaneously negative values of and [J].Physics-Uspekhi,1968,10(4):509-514.[2]Pendry J B,Holden A J,Robbins D J,et al.Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena[J].Microwave Theo ry and Techniques,IEEE Transactions 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letters,2000,85(18):3966-3969.图5右手介质折射率对归一化截止波数的影响4.03.53.02.52.01.51.0归一化截止波数TE3TE2TE124681012d/b 第34卷第5期林福明，等：用FDTD 法分析冷等离子体模型左手材料填充对同轴线截止特性的影响95。
微波源器件模拟中的并行FDTD建模
微波源器件模拟中的并行FDTD建模陈军【期刊名称】《计算机科学与探索》【年(卷),期】2015(009)011【摘要】FDTD (finite difference time domain) objecting method is used commonly in the physical object modeling of microwave source simulations. Complicated multi-index irregular data structures are ususally used in complex FDTD objecting, which causes the indirect memory access pattern in depth. This is a type of irregular applications, which are difficult for parallel computing. Since the traditional ghost filling algorithm can't solve the data exchange between neighbor processes in this type of irregular applications, this paper studies the characteristics of communi-cation pattern based on multi-index structures, and presents a parallel FDTD objecting method, including building the multi-index irregular structures in parallel and the parallel ghost filling algorithm based on multi-index struc-tures. The numerical experiments on a cluster of 1024 cores show that this method can implement the parallel FDTD objecting effectively.%时域有限差分(finite difference time domain,FDTD)建模是微波源器件模拟中对目标物进行物理建模的常用方法.复杂的FDTD建模通常采用多重索引等非规则结构,最终导致了计算过程中的深度寻址操作.这是一类难以并行计算的非规则应用.针对常规的影像区填充方法不足以解决该类并行计算中邻居进程之间数据交换问题,研究了基于多重索引的通信模式的特点,提出了一种并行FDTD建模方法,包括并行建立多重索引结构以及基于多重索引结构的影像区填充方法.在1 024台处理器上的测试实验表明,该方法可有效地实现微波源器件模拟中的并行FDTD建模.【总页数】6页(P1295-1300)【作者】陈军【作者单位】北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】TP301【相关文献】1.1 kW微波源机箱电磁耦合的并行FDTD模拟 [J], 叶志红;廖成;冯强2.基于测量S参数的有源器件FDTD建模方法 [J], 陈智慧;褚庆昕3.用FDTD法建模波导器件时数值色散的仿真研究 [J], 黄重庆;刘靖;安伟科4.单反射面天线模拟的并行 FDTD 并行TDPO／时域 PTDEEC 混合方法 [J], 朱湘琴;王建国;陈再高;蔡利兵5.基于JASMIN的并行CP-FDTD建模\r与屏蔽效能评估应用 [J], 李俊辛;刘强;闫丽萍;赵翔;孟雪松;周海京因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
二维各向异性磁等离子体的无条件稳定ADE-CNAD-FDTD算法
关键 词 ： 辅 助 微 分 方 程 ； Ｃｒａｎｋ—Ｎｉｃｏｌｓｏｎ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ算 法 ； 时域 有 限 差 分 ； 磁 等离 子体
中 图 分 类 号 ： （）．４４１．４
文 献标 志 码 ： Ａ ｄｏｉ：ｌ０．¨８８４／ＨＰＬＰＢ２０１８３０．１７０２６９
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 。
李建雄 ， 庄永佳 ， 李现国 。
（１＿天 津 工 业 大 学 电 子 与 信 息 工 程 学 院 ，天 津 ３００３８７； ２．天 津 市 光 电 检 测 技 术 和 系 统 重点 实 验室 ，灭 津 ３００３８７）
摘 要 ： 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 ｎ 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 ｆ＿ｆ１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
基于FDTD方法的电磁波传输计算模拟
基于FDTD方法的电磁波传输计算模拟随着科技的不断发展，电磁波传输计算模拟在无线通讯、雷达探测、光学器件等领域中得到了广泛应用。
其中，FDTD（Finite-Difference Time-Domain）方法是一种常用的计算电磁波传输的数值模拟方法。
本文将介绍FDTD方法的原理、应用和优缺点。
一、FDTD方法的原理FDTD方法是利用计算机数值模拟的方法求解Maxwell方程组。
Maxwell方程组是电磁场理论的基本方程，包括电场和磁场的连续性、运动学和力学关系，可以用来描述电磁波在自由空间和介质中的传播、反射、折射、衍射等现象。
FDTD方法是一种差分法，通过将时域和空间离散化，使Maxwell方程组变为一组差分方程，然后利用迭代算法求解。
具体来说，可以将空间划分成网格，时间划分成时间步长，然后在每个时刻和每个点上求解电场和磁场。
由于FDTD方法是一种显式差分法，因此计算速度很快，非常适合处理三维的复杂场景。
二、FDTD方法的应用FDTD方法可以用于电磁波传输的计算模拟和分析。
下面分别介绍其在无线通讯、雷达探测和光学器件中的应用。
1. 无线通讯在无线通讯领域中，FDTD方法可以用来计算无线信号在各种环境中的传输特性，如在建筑物内、山间、海洋等复杂环境中的信号传输。
通过模拟电磁波在这些环境中的传播，可以预测无线信号的传输距离、干扰和被干扰情况，对无线通讯系统的设计和优化具有重要意义。
2. 雷达探测在雷达探测领域中，FDTD方法可以用来模拟雷达信号的传播和反射，以及雷达波束在探测目标上的散射、反射和衍射等现象。
通过模拟雷达与目标之间的交互作用，可以优化雷达的设计和参数选择，提高雷达探测的精度和效率。
3. 光学器件在光学器件领域中，FDTD方法可以用来模拟光在介质中的传输和反射、折射、衍射、干涉等现象。
通过模拟这些现象，可以优化光学器件的设计和性能，提高其透光率、反射率和抗干扰能力。
三、FDTD方法的优缺点FDTD方法具有以下优点：1. 精度高。
一个二维的FDTD程序说课讲解
一个二维的FDTD程序% 本程序实现2维TM波FDTD仿真% 此程序用PML设置吸收边界条件% FDTD_2D_kongqi_PML% 仅含有Ez,Hx,Hy分量clear;clc; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 1.初始化T=200; % 迭代次数IE=100; %JE=100;npml=8; % PML的网格数量c0=3*10^8; % 波速f=1.5*10^(9); % 频率lambda=c0/f; % 波长wl=10;dx=lambda/wl;dy=lambda/wl;pi=3.14159;dt=dx/(2*c0); % 时间间隔epsz=1/(4*pi*9*10^9); % 真空介电常数epsilon=1; % 相对介电常数sigma=0; % 电导率spread=6; % 脉冲宽度t0=20; % 脉冲高度ic=IE/2; % 源的X位置jc=JE/2; % 源的Y位置for i=1E+1;for j=1:JE+1;dz(i,j)=0; % z方向电荷密度ez(i,j)=0; % z方向电场hx(i,j)=0; % x方向磁场hy(i,j)=0; % y方向磁场ihx(i,j)=0;%ihy(i,j)=0;iz(i,j)=0; % z方向求和参量，频域卷积转化为时域求和end;end;for i=2E; %for j=2:JE;ga(i,j)=1;end;end; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %PML参数的设置for i=1E;gi2(i)=1;gi3(i)=1;fi1(i)=0;fi2(i)=1.0;fi3(i)=1.0;endfor j=1:JE;gj2(j)=1;gj3(j)=1;fj1(j)=0;fj2(j)=1;fj3(j)=1;endfor i=1:npml+1; %设置PML层中的参数xnum=npml+1-i;xn=0.33*(xnum/npml)^3;gi2(i)=1.0/(1+xn);gi2(IE-1-i)=1/(1+xn);gi3(i)=(1-xn)/(1+xn);gi3(IE-1-i)=(1-xn)/(1+xn);xn=0.25*((xnum-0.5)/npml)^3;fi1(i)=xn;fi1(IE-2-i)=xn;fi2(i)=1.0/(1+xn);fi2(IE-2-i)=1/(1+xn);fi3(i)=(1-xn)/(1+xn);fi3(IE-2-i)=(1-xn)/(1+xn);endfor i=1:npml+1;xnum=npml+1-i;xn=0.33*(xnum/npml)^3;gj2(i)=1.0/(1+xn);gj2(JE-1-i)=1/(1+xn);gj3(i)=(1-xn)/(1+xn);gj3(JE-1-i)=(1-xn)/(1+xn);xn=0.25*((xnum-0.5)/npml)^3;fj1(i)=xn;fj1(JE-2-i)=xn;fj2(i)=1.0/(1+xn);fj2(JE-2-i)=1/(1+xn);fj3(i)=(1-xn)/(1+xn);fj3(JE-2-i)=(1-xn)/(1+xn);end%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %% 2.迭代求解电场和磁场for t=1:T;for i=2E; % 为了使每个电场周围都有磁场进行数组下标处理for j=2:JE;dz(i,j)=gi3(i)*gj3(j)*dz(i,j)+gi2(i)*gj2(j)*0.5*(hy(i,j)-hy(i-1,j)-hx(i,j)+hx(i,j-1));end;end; % 电场循环结束pulse=sin(2*pi*f*t*dt); % 正弦波源dz(ic,jc)=dz(ic,jc)+pulse; % 软源for i=1E; % 为了使每个电场周围都有磁场进行数组下标处理for j=1:JE;ez(i,j)=ga(i,j)* dz(i,j); %反映煤质的情况都是放到这里的% iz(i,j)=iz(i,j)+gb(i,j)*ez(i,j) ;end;end; % 电荷密度循环结束for j=1:JE;ez(1,j)=0;ez(IE,j)=0;endfor i=1E;ez(i,1)=0;ez(i,JE)=0;end;for i=1E; % 为了使每个磁场周围都有电场进行数组下标处理for j=1:JE-1;curl_e=ez(i,j)-ez(i,j+1);ihx(i,j)=ihx(i,j)+fi1(i)*curl_e;hx(i,j)=fj3(j)*hx(i,j)+fj2(j)*0.5*(curl_e+ihx(i,j));end;end; % 磁场HX循环结束for i=1E-1; % 为了使每个磁场周围都有电场进行数组下标处理for j=1:JE;curl_e=ez(i+1,j)-ez(i,j);ihy(i,j)=ihy(i,j)+fj1(j)*curl_e;hy(i,j)=fi3(i)*hy(i,j)+fi2(i)*0.5*(curl_e+ihy(i,j));end;end; % 磁场HY循环结束end;end;在Maxwell 旋度方程的差分表示中，按照Yee 氏的空间网格设置，将出现半空间步长，通过前一时刻的磁、电场值得到时刻的电、磁场值，并在每一时刻上，将此过程算遍整个空间中随时间变化的电、磁场值的解，但在编程计算中不使用1/2的空间表示，而要通过一定的相互关系把它表达出来，在自制的C 程序中采用数组来表示上面的表达式中各场值及系数，其表达式在程序中表示如下所示：ez[k+1][i][j]=CA[i][j]*ez[k][i][j]+CB[i][j]*CD*(hy[k][i+1][j]-hy[k][i][j] （6）+hx[k][i][j]-hx[k][i][j+1])hx[k+1][i][j+1]=hx[k][i][j+1]+CD*(ez[k][i][j]-ez[k][i][j+1]) （7） hy[k+1][i+1][j]=hy[k][i+1][j]+CD*(ez[k][i+1][j]-ez[k][i][j]) （8）由于各场值起始均赋零，时间步数从零开始，每一时间步均按上面的顺序在整个模拟区计算一遍，这样场的实际那关系和空间关系就完全被体现出来。
FDTD在等离子体与电磁波相互作用的研究
FDTD在等离子体与电磁波相互作用的研究FDTD在等离子体与电磁波相互作用的研究引言：等离子体与电磁波相互作用一直以来都是科学家们关注的重要课题。
等离子体是一种由电子和离子构成的部分或全部电中性的物质，而电磁波则是由电和磁的振荡所构成的能量传播载体。
这两者的相互作用不仅在物理学和工程学中具有重要的应用，还在天体物理学和核聚变研究中有着重要的意义。
为了更好地理解等离子体与电磁波的相互作用过程，人们发展了许多数值模拟方法，其中有一种被普遍应用的方法就是有限差分时域（FDTD）方法。
本文旨在介绍FDTD方法在等离子体与电磁波相互作用研究中的重要应用与进展。
一、FDTD方法简介有限差分时域（FDTD）方法是一种通过网格离散化求解Maxwell方程组的数值模拟方法。
它将时域的波动问题转化为差分形式，并通过时间步进的方式逐步求解。
FDTD方法主要包含两步：电场更新和磁场更新。
在电场更新步骤中，通过Faraday电磁感应定律，根据格点上的电场值计算出下一个时刻的电场值；在磁场更新步骤中，通过Ampère-Maxwell定律，根据格点上的磁场值计算出下一个时刻的磁场值。
通过交替进行电场和磁场的更新，可以逐步模拟出电磁波的传播和相互作用过程。
二、FDTD方法在等离子体模拟中的应用1.自由电子等离子体模拟等离子体中的自由电子具有较大的电导率，电磁波在等离子体中传播时会发生吸收和散射现象。
利用FDTD方法，可以模拟等离子体中电磁波的传播过程，并研究其吸收和散射特性。
通过调节等离子体密度和电磁波频率，可以探究在不同条件下等离子体介质对电磁波的响应。
2.等离子体与边界相互作用的研究等离子体与界面的相互作用是等离子体研究中的一个重要问题。
FDTD方法可以很好地模拟等离子体与金属、绝缘体等边界之间的相互作用过程。
通过研究电磁波在等离子体与边界间的传播特性，可以深入了解等离子体与边界的耦合机制，并优化边界条件以提高等离子体与电磁波交互作用的效率。
二维光子晶体波导耦合器开关特性的FDTD研究的开题报告
二维光子晶体波导耦合器开关特性的FDTD研究的开题报告1.研究背景随着现代通信技术的快速发展，高速、大容量、低能耗的光通信技术已经成为未来的趋势。
在光通信系统中，光波导耦合器是重要的光电器件，具有光电耦合性能强、大小尺寸可控、制作工艺简单等优点，因而得到了广泛的应用。
而二维光子晶体结构是一种新型的光学结构，具有超光波导、波导耦合器、滤光器等光学器件的高性能，已成为近年来研究的热点之一。
因此，本文基于二维光子晶体波导耦合器，对其开关特性进行了FDTD（有限时域差分）分析研究，旨在探究其在光通信系统中的应用。
2.研究内容和方法本文主要研究二维光子晶体波导耦合器的开关特性，通过FDTD方法对其进行数值仿真研究，探究其在光通信系统中的应用。
具体内容包括：（1）建立二维光子晶体波导耦合器的数学模型，包括几何参数、光学参数等；（2）利用FDTD方法对二维光子晶体波导耦合器的开关特性进行数值仿真，分析其在光通信系统中的应用；（3）通过对仿真结果的分析，研究二维光子晶体波导耦合器的工作原理，并探究其在实际应用中存在的问题和解决办法；（4）通过对比实验数据和仿真结果，验证FDTD方法的可靠性和有效性。
3.预期研究成果本文预计探究二维光子晶体波导耦合器的开关特性，研究其在光通信系统中的应用，通过FDTD方法进行数值仿真分析，预期研究成果包括：（1）建立二维光子晶体波导耦合器的数学模型，探究其在光通信系统中的应用；（2）通过FDTD方法对二维光子晶体波导耦合器的开关特性进行数值仿真研究，分析其在实际应用中存在的问题和解决办法；（3）验证FDTD方法的可靠性和有效性，为光通信系统中二维光子晶体波导耦合器的应用提供理论依据和数值支持。
4.研究意义本文通过对二维光子晶体波导耦合器开关特性的研究，探究其在光通信系统中的应用，并采用FDTD方法进行数值仿真分析，实现了对其工作原理的深入理解。
这对光通信领域的相关研究具有一定的推动作用，为光波导耦合器的应用提供理论依据和数值支持，具有重要的研究意义和实际应用价值。
用FDTD法分析冷等离子体模型左手材料填充对同轴线截止特性的影响
Ｖｏ １ ． ３ ４ ．Ｎ Ｏ ． ５ ｏｃ ｔ ． ２ ０ １ ３
文章 编号 ： ２ ０ ９ ５ — ３ ０ ４ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ 离子体模 型左手材料填 充对
同轴线截止特性的影响
林福 明 ｌ ａ 刘志勇 仕 ． 胡智 昕 ２
方 向之 一． 给 出 了柱 坐标 系下冷等 离子 体模 型左 手材料 改进后 的 时域有 限 （ Ｆ ＤＴ Ｄ） 差 分格 式． 利 用得 到 的 Ｆ ＤＴ Ｄ 差分格 式数 值 计算 了不 同厚 度 、 不 同折射 率冷 等 离子体 模型 左手 材料 分 别部 分 填 充 同轴 线后 Ｔ Ｅ模 的 归一化 截 止波 数 ， 并 与正 常材 料 部分 填 充进行 比较． 结 果显 示 ： 左手 材料 部 分 填充 同轴 线后 ， 其Ｔ Ｅ模截 止 波数 随填 充厚度 和折 射 率绝 对值 的增 大 而增 大 ， 与 正 常材料 填
第３ ４卷 第 ５ 期
２ ０ １ ３年 １ ０月
江 西 理 工 大 学学报
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
（ １ ． 江 西 理 工 大学 ， ａ ． 西校 区Ｉ ｂ ． 理学院 ， 江西 赣州 ３ ４ １ ０ ０ ０ ； ２ ． 赣 南 医 学 院第 一 附 属 医 院 ， 江西 赣州 ３ ４ １ ０ ０ ０ ）
摘
要： 左 手材料 的研 究是近 年 来的科研 热 点． 电磁 波在 左手材 料 中的传播 特性 成为研 究的主要
Ｌ Ｉ Ｎ Ｆ ｕ － ｍｉ ｎ ｇ ｈ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｚ ｈ ｉ － ｙ ｏ ｎ ｇ ｂ ， ＨＵ Ｚ ｈ ｉ － ｘ ｉ ｎ ｚ
一种基于非均匀磁化等离子体的修正Z-FDTD算法
一种基于非均匀磁化等离子体的修正Z-FDTD算法张洁;韩冰;赵善超;张国栋【期刊名称】《工程数学学报》【年(卷),期】2024(41)2【摘要】对已有的Z变换时域有限差分法(Z-transformation Finite Difference Time Domain,Z-FDTD)在电磁波与非均匀磁化等离子体中的传输特性分析的计算误差问题进行了研究,并探讨了一种修正计算误差的Z变换时域有限差分方法(Modified Z-transform Finite Difference Time Domain,MZ-FDTD),以提升Z-FDTD方法对非均匀磁化等离子体的适用性。
对MZ-FDTD和Z-FDTD之间的计算误差问题,通过严格的公式推导求得该误差的计算公式,并引入误差分析因子,对比分析了该误差受空间步长和非均匀磁化等离子体的物理特性的影响特征,在充分的误差分析与网格参数对比后,以电磁波在非均匀磁化等离子体中的传输特性为分析目标,举例说明了MZ-FDTD的优越性。
研究结果表明,相比于经典Z-FDTD,通过MZ-FDTD方法计算得到的数值结果具有更高的计算准确度,较低的运行时间和较少的运行内存占用。
此外,对电磁波在非均匀等离子体中传输特性分析的举例说明也证明了相比于Z-FDTD,优化的Z-FDTD方法无论是在较低频段还是较高频段都保持较好的稳定性。
在今后的工作中,使用MZ-FDTD方法研究非均匀磁化等离子体问题将会获得更好的计算结果,这项工作中的误差分析方法也将对某些计算电磁学在等离子体中的应用与优化工作起到一定的帮助作用。
【总页数】11页(P386-396)【作者】张洁;韩冰;赵善超;张国栋【作者单位】西北师范大学物理与电子工程学院;甘肃省智能信息技术与应用工程研究中心【正文语种】中文【中图分类】O441;TN011【相关文献】1.一种改进的非磁化等离子体SO-FDTD算法2.强激光在非均匀磁化电子-正电子-离子等离子体中的传播3.THz波斜入射非均匀磁化等离子体的衰减特性研究4.THz波在不同角度磁化的非均匀磁化等离子体中的传输特性分析5.电子密度对太赫兹波在均匀非磁化等离子体中的传输影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
微波与低温等离子体相互作用的二维FDTD模拟
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微波与低温等离子体相互作用的二维 FDTD模拟
等离子体隐身是一种利用等离子体回避雷达探测的方法和技术 , 此方法 就其原理而言优点突出 , 极具发展前景。几个主要的军事大国都积极开展该领域 的研究和发展工作。目前 , 此方法和技术尚未发展成熟 , 诸多问题有待解决 , 还需 要继续进行广泛、深入、细致的理论研究和实验研究。近年来 , 数值模拟计算研 究成效显著 , 受到多方面的重视。本文针对两种进气管模型 ( 直型腔体和 S 型腔 体 ), 分别设置结构对照组 ( 直型腔体和 S 型腔体 ), 和等离子体模型组 ( 腔体内壁 覆盖低温离子体层 ), 采用时域有限差分 (FDTD)方法 , 进行数值模拟计算 , 研究腔 体结构和等离子体层对于雷达波 ( 电磁波 ) 的屏蔽作用。结果表明 ,(1) 直型金属 腔体对电磁波具有强反射特性 ,S 型金属腔体对电磁波的反射相对较弱 , 反映了 结构隐身的作用； (2) 腔体内壁覆盖等离子体层后电磁波的回波能量均明显减少 , 且金属直型腔体加入等离子体对电磁波的吸收更加强 , 反映了等离子体隐身的作 用； (3) 结构隐身与等离子体隐身相结合 , 有助于进一步改善和优化对于电磁波 的隐身作用； (4) 等离子体碰撞频率、等离子体电子数密度和入射电磁波频率等 因素对于其隐身效果都有程度不同的影响。本文的研究方法和结果 , 可以为低温 等离子体隐身方法和技术研究提供有价值的参考。 同主题文章 [1].
等离子体光子晶体的FDTD分析
体 介质光子晶体 频 域反 射 和透 射 系数 . 等 离子 体 频率 取为 2 GHz, 碰撞频率为 2 Mrad s
5 结
论
本文用 PLCDRC FDTD 算法分析了等离子体光 子晶体和缺陷等离子体光子晶体 . 首先 , 我们从时域 的角度分析了高斯脉冲在等离子体光子晶体中的传 播过程. 给出了高斯脉冲垂直入射到等离子体光子 晶体后的时域反射和透射波形. 然后, 从频域的角度 分析了等离子体光子晶体和带缺陷的等离子体光子 晶体的电磁反射系数和透射系数 . 计算表明 , 由于等离子体的独特性质, 等离子体 光子晶体也具有其独特的性质. 等离子体光子晶体 具有 高通滤波器 的性质, 即对频率小于等离子体 频率的低频电磁波几乎完全反射 , 而透射的电磁波 则为频率高于等离子体频率的电磁波 . 在高频, 等离 子体光子晶体则出现类似一般光子晶体的带阻和带 通特性. 由于等离子体光子晶体的独特性质 , 进一步 研究其性质是有意义的 .
图3 电场的透射波形
2806
物
理
学
报
54 卷
和透射系数相差不大 . 这样的等离子体 介质光子晶 体无实际的应用价值 . 因此, 其反射和透射系数曲线 不再给出 .
mm 厚, 1 65 mm 厚等离子体分别为 110, 220 个网格. 图 6 给出了 1 65mm 厚 4 层缺陷均匀等离子体 真空光子晶体 ( 即 5 层 1 65 mm 均匀等离子体 真空 光子晶体中间一层等离子体被撤除) 频域反射系数. 图 6 显示, 由于等离子体 真空光子晶体的缺陷 , 反 射系数波峰的带宽变窄 , 幅值变小 . 但出现带宽较窄 的负峰.
关键词: 等离子体 , 光子晶体, 时域有限差分法, 等离子体光子晶体 PACC: 5225, 5240, 5265 一种耗散介质 , 当频率高于等离子体频率的电磁波
FDTD法模拟无源区域二维TE波的传播
FDTD 法模拟无源区域二维TE 波的传播摘要：自1966年Yee 在其论文中首次提出时域有限差分以来，时域有限差分法在电磁研究领域得到了广泛的应用。
本文首先介绍了FDTD 的基本原理，推导了无源区域二维TE 波的FDTD 差分方程公式，接着推导了一阶，二阶Mur 吸收边界条件差分公式及四个角点的迭代公式，然后用matlab 模拟了TE 波的传播过程，最后简要地比较Mur 一阶和二阶吸收边界条件。
关键词：FDTD,TE 波，Mur 吸收边界条件1. 引言FDTD 自Yee(1966年)提出以来发展迅速，获得广泛应用。
FDTD 法以Yee 元胞为空间电磁场离散单元，将Maxwell 方程转化为差分方程，表述简明，容易理解，结合计算机技术能处理十分复杂的电磁问题。
在时间轴上逐步推进地求解，有很好的稳定性和收敛性，因而在工程电磁学领域倍受重视。
2. FDTD 的基本原理根据电磁场基本方程组的微分形式，若在无源空间，其空间中的媒质是各向同性、线性和均匀的，即媒质的参数不随时间变化且各向同性，则Maxwell 旋度方程可写成：E EH σε+∂∂=⨯∇t（2-1a ）H HE m tσμ-∂∂-=⨯∇ （2-1b ）式中，E 是电场强度，单位为伏/米（V/m ）；H 是磁场强度，单位为安/米（A/m ）；ε表示介质介电系数，单位为法拉/米（F/m ）； μ表示磁导系数，单位为亨利/米（H/m ）；σ表示介质电导率，单位为西门子/米（S/m ）；m σ表示导磁率，单位为欧姆/米（m /Ω）。
在直角坐标系中，可化为如下六个标量方程：⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫+∂∂=∂∂-∂∂+∂∂=∂∂-∂∂+∂∂=∂∂-∂∂z zx y y y z x x x yz E t E y H x H E t E x H z H E t E z H y H σεσεσε （2-2）⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫-∂∂-=∂∂-∂∂-∂∂-=∂∂-∂∂-∂∂-=∂∂-∂∂z m zx y y m y z x x m x yz H t H y E x E H t H x E z E H t H z E y E σμσμσμ （2-3） 这六个偏微分方程是FDTD 算法的基础。
基于FDTD算法的电磁波数值模拟研究
基于FDTD算法的电磁波数值模拟研究电磁波数值模拟是电磁学研究中一个重要的领域。
在过去的几十年中，有很多数值计算方法被开发出来，包括有限差分法(Finite Difference Method, FDM)、有限元法(Finite Element Method, FEM)、边界元法(Boundary Element Method, BEM)等等。
本文将主要介绍一种常用的数值计算方法，即时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)在电磁波数值模拟中的应用。
一、FDTD算法简介FDTD算法是一种时域电磁波数值解法，它是由Kane S. Yee于1966年首次提出的。
该算法基于电磁学方程组，通过在空间离散化的网格上进行差分计算，对电场和磁场的演化进行计算模拟。
FDTD算法的主要优点是易于理解和实现，适合于计算大型三维问题，并且时间步长和空间步长可以选择任意值。
同时，FDTD算法也有一些缺点，比如该算法需要较高的计算资源，时间、空间分辨率也会受到限制。
二、FDTD算法的原理FDTD算法的主要思想是将空间离散化为网格，将时间离散化为时间步长，通过计算电场和磁场在每个时间步长和网格中的值，可以模拟电磁波的传播。
该算法基于麦克斯韦方程组，使用中心差分法进行空间离散化和差分计算，使用向前、向后和中心差分法进行时间离散化和差分计算。
电磁波在FDTD算法中主要是由电场和磁场的相互作用来描述的。
电场和磁场在每个时间步长中分别通过麦克斯韦方程组的电场和磁场方程进行计算。
三、FDTD算法的应用FDTD算法在电磁波数值模拟中应用广泛，可以用来研究各种电磁波现象，如反射、折射、透射、衍射、散射等等。
下面将分别介绍FDTD算法在这些现象中的应用。
1.反射反射是指电磁波遇到不同介质时的反射现象。
FDTD算法可以用来模拟电磁波在界面上的反射现象。
在模拟过程中，需要将界面分为两个部分，分别用两种不同的介质表示。
用PLRC-FDTD法计算微波在激光等离子体中的反射和透射系数
波传输 特性 的影 响 。应 用该 方 法计 算 了微 波 的反 射 和 透 射 系数 。结 果表 明 ： 于 均 匀等 离子 对 体 ， 离子体 频率 越 大 ， 等 反射 系数越 大 ， 透射 系数 越 小 ； 反射 系数 几乎 为 Ｏｄ Ｂ的 带 宽随等 离子体
频 率 的增加 而增 加 ； 电子碰 撞频 率越 高， 反射 系数 越 小 ， 透射 系数越 大 ； 非均 匀等 离子 体 不 利 于
强反射的实现 。研 究结果为激光等 离子体隐身技术提供 了理论 支持。 关键词 ： 分段线性递归卷积 ； 时域有限差分 ； 激光等 离子体 ； 波 微
中图分 类号 ： ３ Ｏ５９ 文章 编号 ：０ ５— ８０ ２ １ ） ２— ２ ７— ５ １０ ９ ３ （ ０ ０ ０ ０ ５ ０
ＰＬＲＣ． ＦＤＴＤ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｒ ｗａ ｅ Ｒｅ ｅ ｔｏ ｎ ａ ｓ ｉｓｏ Ｓ ｍ ｌ ｔｏ ｆ Ｍ ｃ ｏ ｖ ｆ ｃ ｉ ｎ ａ ｄ Ｔｒ ｎ ｍ ｓ ｉ ｎ ｌ
２ Ｂ ｉｎ ｅｏ ａ ｔ ａ Ｔ ｃ ｎｌｇ ｅｅｒｈＣ ｎｅ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ６ Ｃ ｉａ ． ｅ ｉｇＡ ｒｎ ｕｉ ｌ ｅｈ ｏ ｙＲ ｓａ ｅ ｔ ｊ ｃ ｏ ｃ ｒ ｅ ｉｇ１０ ７ ， ｈｎ ） ｊ
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基于FDTD的三角形银纳米颗粒阵列等离子共振吸收特性的模拟
基于FDTD的三角形银纳米颗粒阵列等离子共振吸收特性的模拟梅菲;杨治杰;许磊;徐进霞;陈志强【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2012(033)003【摘要】利用时域有限差分法,数值模拟了银纳米三角阵列的等离子共振吸收特性,仿真计算了银纳米颗粒尺寸大小对阵列等离子体共振的影响.数值计算结果表明,三角形银纳米颗粒阵列的等离子共振吸收峰随颗粒尺寸的增大而红移,可通过改变颗粒大小调节共振吸收波长数值以用于不同的应用研究.基于FDTD理论模拟的计算结果与实验规律基本相符,并较好地阐释了银纳米三角有序阵列表面等离子共振吸收峰的频移与其纳米粒子长径比之间的一些依赖关系,此结论将有利于纳米光传感器应用的进一步探索研究.【总页数】4页(P121-124)【作者】梅菲;杨治杰;许磊;徐进霞;陈志强【作者单位】湖北工业大学,湖北武汉430212;湖北工业大学,湖北武汉430212;华北水利水电学院,河南郑州450011;武汉大学,湖北武汉430072;湖北工业大学,湖北武汉430212【正文语种】中文【相关文献】1.FDTD模拟金海胆结构的局域等离子体共振 [J], 田翠锋;刘红梅;王萍;孙祝2.金纳米棒组装体表面等离子体共振耦合效应的FDTD模拟 [J], 李玉玲;阚彩侠;王长顺;刘津升;徐海英;倪媛;徐伟;柯军华;施大宁3.基于银纳米颗粒局域表面等离子体共振散射特性测定多巴胺 [J], 邹明静;丁冠闻;李志莹;刘晓松;马先鑫4.银纳米颗粒的局域表面等离子体共振传感 [J], 谢志国;鲁拥华;阎杰;林开群;陶俊;王沛;明海5.光纤耦合三角形金柱阵列的等离子体共振 [J], 罗云瀚;毛培玲;陈超英;彭水华;王芳;方俊彬;张军;唐洁媛;卢惠辉;余健辉;陈哲因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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微波与低温等离子体相互作用的二维FDTD模拟
等离子体隐身是一种利用等离子体回避雷达探测的方法和技术,此方法就其原理而言优点突出,极具发展前景。
几个主要的军事大国都积极开展该领域的研究和发展工作。
目前,此方法和技术尚未发展成熟,诸多问题有待解决,还需要继续进行广泛、深入、细致的理论研究和实验研究。
近年来,数值模拟计算研究成效显著,受到多方面的重视。
本文针对两种进气管模型(直型腔体和S型腔体),分别设置结构对照组(直型腔体和S型腔体),和等离子体模型组(腔体内壁覆盖低温离子体层),采用时域有限差分(FDTD)方法,进行数值模拟计算,研究腔体结构和等离子体层对于雷达波(电磁波)的屏蔽作用。
结果表明,(1)直型金属腔体对电磁波具有强反射特性,S型金属腔体对电磁波的反射相对较弱,反映了
结构隐身的作用；(2)腔体内壁覆盖等离子体层后电磁波的回波能量均明显减少,且金属直型腔体加入等离子体对电磁波的吸收更加强,反映了等离子体隐身的作用；(3)结构隐身与等离子体隐身相结合,有助于进一步改善和优化对于电磁波的隐身作用；(4)等离子体碰撞频率、等离子体电子数密度和入射电磁波频率等因素对于其隐身效果都有程度不同的影响。
本文的研究方法和结果,可以为低温等离子体隐身方法和技术研究提供有价值的参考。
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【关键词相关文档搜索】：等离子体物理; 二维FDTD法; 等离子体; 微波【作者相关信息搜索】：南京理工大学;等离子体物理;骆晓森;王广;。