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基于FDTD算法的新型亚网格技术 被引量：3
1
作者 任昊 王胜 +3 位作者 谢国大 王丽华 吴先良 黄志祥 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2944-2948,共5页
提出了一种基于空间滤波(Spatial Filtering-Finite-Difference Time-Domain,SF-FDTD)算法的亚网格技术,使得FDTD算法的Courant-Friedrich-Levy(CFL)稳定性条件可通过空间频域滤波操作得以提高,从而获得高稳定度FDTD算法.进一步将SF-FDT... 提出了一种基于空间滤波(Spatial Filtering-Finite-Difference Time-Domain,SF-FDTD)算法的亚网格技术,使得FDTD算法的Courant-Friedrich-Levy(CFL)稳定性条件可通过空间频域滤波操作得以提高,从而获得高稳定度FDTD算法.进一步将SF-FDTD算法应用到亚网格技术中,可使亚网格区域时间步长的选取取与粗网格一致,从而极大地提高了计算效率.数值计算结果表明,在求解带有精细结构的电磁问题上,所提算法具有较高的准确性和有效性. 展开更多
关键词 空间滤波 时域有限差分算法 亚网格技术 稳定性条件
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基于时域有限差分算法改进卷积完全匹配层的稳定性 被引量：3
2
作者 谢国大 黄志祥 +1 位作者 王丽华 吴先良 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期188-193,共6页
为了克服时域有限差分算法中卷积完全匹配层对消逝波吸收效果差的缺点,提出一种在卷积完全匹配层后添加特殊吸收层的方法.在不增加物体与吸收层内层距离的情况下,通过调节特殊吸收层中两个衰减因子,使其为常数,并令吸收因子逐层从1增加... 为了克服时域有限差分算法中卷积完全匹配层对消逝波吸收效果差的缺点,提出一种在卷积完全匹配层后添加特殊吸收层的方法.在不增加物体与吸收层内层距离的情况下,通过调节特殊吸收层中两个衰减因子,使其为常数,并令吸收因子逐层从1增加到10,来增强吸收层对消逝波的吸收性能.平面波垂直入射到单层光子晶体的算例表明,添加了特殊吸收层的吸收边界在与散射体相距5个网格的情况下仍能够保持计算结果收敛,而传统的吸收边界则需要相距80个网格才能保证结果收敛,说明该方法提高了对消逝波的吸收性能.进一步在结构中采用此吸收边界来计算多层光子晶体的传输特性曲线,并将其与常规方法计算所得结果做比较,两种结果吻合较好.数值算例验证了该方法的有效性和正确性. 展开更多
关键词 时域有限差分 卷积完全匹配层 消逝波 特殊吸收层 吸收性能 长时间稳定性
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修正的卷积完全匹配层技术 被引量：1
3
作者 谢国大 宋开宏 黄志祥 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2017年第12期1725-1728,共4页
复频移的卷积完全匹配层(convolutional perfectly matched layer,CPML)与时域有限差分(finitedifference time-domain,FDTD)算法递推公式之间存在数值计算时间不同步的问题,诸多算例结果表明CPML的吸波效果并没有达到一些具有相同二阶... 复频移的卷积完全匹配层(convolutional perfectly matched layer,CPML)与时域有限差分(finitedifference time-domain,FDTD)算法递推公式之间存在数值计算时间不同步的问题,诸多算例结果表明CPML的吸波效果并没有达到一些具有相同二阶精度的完全匹配层(perfectly matched layer,PML)的吸波效果。文章采用时间平均近似方法对CPML进行了修正,使其吸波性能与其他具有相同数值计算精度的PML的吸波性能相当;通过2个具有代表性的算例,验证了方法的有效性。该方法思路简单、清晰,只需在传统的CPML代码基础上进行简单的修改,计算时间大大缩减,该方法对于CPML在FDTD算法中的高效应用具有一定的意义。 展开更多
关键词 时域有限差分(FDTD)算法 卷积完全匹配层(CPML) 吸收效果 时间平均近似方法 计算时间
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时变磁化等离子体的LTJEC-FDTD方法研究 被引量：1
4
作者 席阳红 谢国大 +3 位作者 徐辉 黄志祥 吴先良 王丽华 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1029-1035,共7页
基于拉普拉斯变换的电流密度卷积技术(LTJEC),构造了时变磁化等离子体的新型时域有限差分方法(LTJEC-FDTD)。借助于高斯脉冲在磁化等离子体中的传播实例,验证了LTJEC-FDTD算法的准确性及高效性。进一步,研究了Whistler波在一维时变磁化... 基于拉普拉斯变换的电流密度卷积技术(LTJEC),构造了时变磁化等离子体的新型时域有限差分方法(LTJEC-FDTD)。借助于高斯脉冲在磁化等离子体中的传播实例,验证了LTJEC-FDTD算法的准确性及高效性。进一步,研究了Whistler波在一维时变磁化等离子体中的具体传播特性。结果表明,当离子体频率随时间指数衰减后,输出波的频率上升、极化方式不变,而电场增强、磁场减弱。同时,通过优化磁化等离子体参数,可进一步提高Whistler波的输出频率,获得了频率为300 GHz的圆极化太赫兹波。研究结果可为利用磁化等离子体产生太赫兹波源提供相关的技术支持。 展开更多
关键词 时变磁化等离子体 太赫兹波源 LTJEC FDTD
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电磁计算中辛时域有限差分算法研究进展 被引量：1
5
作者 查晓民 谢国大 +2 位作者 沙威 黄志祥 吴先良 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期43-54,共12页
辛时域有限差分(symplectic finite-difference time-domain,SFDTD)算法作为一种高精度、高稳定、高保真度的时域数值算法,在多个学科领域得到了广泛的应用,并已发展成为一种较为成熟的数值计算方法.本文主要对SFDTD算法的构建、数值优... 辛时域有限差分(symplectic finite-difference time-domain,SFDTD)算法作为一种高精度、高稳定、高保真度的时域数值算法,在多个学科领域得到了广泛的应用,并已发展成为一种较为成熟的数值计算方法.本文主要对SFDTD算法的构建、数值优化以及相关关键技术处理进行了介绍.重点总结了基于时间和空间上的差分近似优化处理方法,处理不连续边界及金属曲面时的局部修正方法,以及时域电磁仿真中不可或缺的三大关键技术:总场/散射场技术、完全匹配层(perfect matched layer,PML)、近远场变换技术.最后,介绍了SFDTD算法在电磁仿真、量子力学求解、多物理问题建模与分析中的具体应用. 展开更多
关键词 辛时域有限差分(SFDTD)算法 数值优化 电磁仿真 量子力学
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液晶环境下金纳米柱的表面等离子体特性研究 被引量：1
6
作者 谢国大 王丽华 +2 位作者 李小飞 黄志祥 吴先良 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期27-32,共6页
为了有效研究液晶环境对金属纳米结构表面等离子体的调制作用,基于时域有限差分方法,对液晶环境下金纳米柱结构进行了建模,上下边界采用完全吸收边界条件,四周为周期边界条件.数值模拟了液晶厚度、倾角、光栅距离以及周期结构等参数对... 为了有效研究液晶环境对金属纳米结构表面等离子体的调制作用,基于时域有限差分方法,对液晶环境下金纳米柱结构进行了建模,上下边界采用完全吸收边界条件,四周为周期边界条件.数值模拟了液晶厚度、倾角、光栅距离以及周期结构等参数对金纳米柱的消光特性的调制作用.分析结果表明:随着液晶光轴角度增加,谐振波长出现红移现象,且调制范围为40nm;光栅距离越大,金纳米柱之间的相互作用越弱,谐振波长越小;增加周期长度,谐振波长红移,且随着周期长度增加,次峰作用越明显.利用液晶光学性质可调节金属纳米结构的表面等离子体特性,结果对液晶环境中表面等离子体结构在新的光子器件等方面的研究提供了理论依据. 展开更多
关键词 光学特性 表面等离子体 时域有限差分方法 金纳米柱 液晶 消光特性 光子器件
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3维交替方向隐式时域有限差分算法及其应用 被引量：1
7
作者 高林 谢国大 +2 位作者 黄志祥 许杰 吴先良 《安徽大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2020年第4期52-59,共8页
为了克服在传统时域有限差分算法中时间步长受网格尺寸大小的限制,提出一种用于精确模拟波在色散金属结构传播的3维交替方向隐式时域有限差分算法.首先,利用广义关键点色散模型描述金属材料在光学频率下的电磁特性;然后,采用2个1阶微分... 为了克服在传统时域有限差分算法中时间步长受网格尺寸大小的限制,提出一种用于精确模拟波在色散金属结构传播的3维交替方向隐式时域有限差分算法.首先,利用广义关键点色散模型描述金属材料在光学频率下的电磁特性;然后,采用2个1阶微分方程代替2阶广义辅助微分方程的方法,避免时间步长引起的不稳定,降低算法的复杂度和应用难度;最后,用交替方向隐式时域有限差分算法研究1维等离子体模型和3维金属谐振腔结构,将交替方向隐式时域有限差分算法的结果与传统时域有限差分算法进行对比.结果表明二者吻合较好,但交替方向隐式时域有限差分算法的效率更高. 展开更多
关键词 时域有限差分法 交替方向隐式时域有限差分法 金属结构 关键点模型 辅助微分方程
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环状电极诱导的静电场电位分布研究
8
作者 王韶霈 宋开宏 +1 位作者 谢国大 黄帅 《通信电源技术》 2015年第4期26-28,共3页
有限差分法是电磁场数值计算中应用最早的一种方法,它以简单、直观的特点而广泛应用于电磁场工程问题中。文中针对在真空罐中用环状电极诱导的静电场分布的实际工程问题,基于有限差分法离散柱坐标系下的拉普拉斯方程,将三维对称静电场... 有限差分法是电磁场数值计算中应用最早的一种方法,它以简单、直观的特点而广泛应用于电磁场工程问题中。文中针对在真空罐中用环状电极诱导的静电场分布的实际工程问题,基于有限差分法离散柱坐标系下的拉普拉斯方程,将三维对称静电场问题转化为二维静电场问题,运用EXCEL软件计算空间内各离散点上的电位值,采用MATLAB软件绘制三维对称静电场中的电位分布,为实际工程问题的分析和设计提供了理论依据和技术支持。 展开更多
关键词 电位分布 有限差分法 环状电极 柱坐标系
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高阶SF-SFDTD方法在含时薛定谔方程求解中的应用研究
9
作者 谢国大 潘攀 +4 位作者 任信钢 冯乃星 方明 李迎松 黄志祥 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期72-81,共10页
时域有限差分方法(finite-difference time-domain,FDTD(2,2))被广泛用于量子力学中薛定谔方程的求解,然而受Courant-Friedrichs-Lewy(CFL)条件的影响,计算空间中的网格尺寸会限制时间步长的取值范围,极大降低了FDTD(2,2)方法的数值计... 时域有限差分方法(finite-difference time-domain,FDTD(2,2))被广泛用于量子力学中薛定谔方程的求解,然而受Courant-Friedrichs-Lewy(CFL)条件的影响,计算空间中的网格尺寸会限制时间步长的取值范围,极大降低了FDTD(2,2)方法的数值计算效率.另外,FDTD(2,2)方法在时间域和空间域只具有二阶数值精度,在计算中往往会导致较大的误差累计,影响仿真结果的正确性.为了克服这些问题,结合空间滤波方法(spatial filtering,SF)和高阶辛时域有限差分(symplectic finite-difference time-domain,SFDTD(3,4))方法(3和4分别表示时间和空间数值精度),提出了一种时间稳定性条件可扩展的SF-SFDTD(3,4)方法用于求解含时薛定谔方程.SF-SFDTD(3,4)方法无需对传统SFDTD(3,4)方法的迭代公式进行进一步的推导,只需要在每一次的数值迭代过程中加入空间滤波操作,滤除因采用不满足CFL条件的时间步长而产生的不稳定空间域高频分量,保证数值方法的稳定性,因此所提方法与传统SFDTD(3,4)方法具有较高的兼容性.同时,理论分析了SF-SFDTD(3,4)方法的数值色散误差.最后,通过数值算例验证了本文所提方法的正确性和有效性. 展开更多
关键词 辛时域有限差分方法 空间滤波方法 时间稳定性条件 薛定谔方程
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适用于有耗型德拜色散媒质电磁特性仿真的RI-CDI-FDTD方法及程序实现 被引量：1
10
作者 谢国大 侯桂林 +4 位作者 牛凯坤 冯乃星 方明 李迎松 黄志祥 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第15期1-9,共9页
提出了一种新的处理有耗型德拜色散媒质的单步蛙跳遵从发散隐式-时域有限差分(complying divergence implicit FDTD,CDI-FDTD)方法.从频域下的Maxwell方程出发,利用傅里叶变换将电磁场分量从频域转换到时域,并采用递归积分(recursive in... 提出了一种新的处理有耗型德拜色散媒质的单步蛙跳遵从发散隐式-时域有限差分(complying divergence implicit FDTD,CDI-FDTD)方法.从频域下的Maxwell方程出发,利用傅里叶变换将电磁场分量从频域转换到时域,并采用递归积分(recursive integration,RI)方法对频域-时域转换过程中存在的积分项进行近似处理.然后应用单步蛙跳隐式格式对时域Maxwell方程和辅助变量进行差分离散,推导出有耗型德拜色散媒质的RI-CDI-FDTD算法的迭代公式.接着利用von Neumann方法验证了基于RI方法的CDI-FDTD算法的无条件稳定特性,最后通过数值算例验证了本文所提方法的正确性和有效性. 展开更多
关键词 德拜色散媒质 遵从发散隐式-时域有限差分 递归积分 无条件稳定
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