FDTD在半空間及周期結(jié)構(gòu)問題中的應(yīng)用.pdf

1、在光學(xué)和電磁學(xué)的實(shí)際應(yīng)用中屬于半空間問題或周期結(jié)構(gòu)的問題有很多種。本文應(yīng)用時(shí)域有限差分(FDTD)方法對(duì)若干半空間問題和周期結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行了分析。 本文先應(yīng)用在入射波一側(cè)的上半空間總場(chǎng)邊界處同時(shí)引進(jìn)入射波和反射波、而在下半空間則引入透射波作為激勵(lì)源的FDTD方法分析了光學(xué)材料表面及亞表面微缺陷附近的電磁場(chǎng)近場(chǎng)分布，同時(shí)給出了二維微缺陷的遠(yuǎn)場(chǎng)分布。 采用在入射波一側(cè)的總場(chǎng)邊界處同時(shí)引進(jìn)入射波和反射波作為激勵(lì)源的FDTD方法來

2、分析斜入射時(shí)單層和多層有縫金屬板電磁波散射及透射問題。通過計(jì)算金屬板縫隙附近的散射場(chǎng)，提取縫隙口徑面上的等效面磁流，進(jìn)而得到透射截面。本文所述方法可以有效分析平面波斜入射時(shí)多層金屬板上任意形狀縫隙的散射和透射，包括縫隙內(nèi)或金屬板之間填充有介質(zhì)情形。 緊接著介紹FDTD場(chǎng)值更新技術(shù)，然后根據(jù)雙平面波法計(jì)算出的全空間中二維問題一維周期結(jié)構(gòu)的近場(chǎng)，給出了兩種外推遠(yuǎn)場(chǎng)的方法：周期Green函數(shù)方法及Floquet模方法。兩種方法均僅用一

3、個(gè)周期單元內(nèi)的散射近場(chǎng)進(jìn)行外推。 應(yīng)用FDTD方法計(jì)算了單色平面波斜入射時(shí)一維介質(zhì)光柵的近場(chǎng)，進(jìn)而求出介質(zhì)光柵的衍射效率。借助于周期邊界條件，整個(gè)計(jì)算區(qū)域僅為周期結(jié)構(gòu)的一個(gè)單元?？紤]入射波在兩種介質(zhì)界面上會(huì)產(chǎn)生反射和透射，故在總場(chǎng)邊界上引入入射波、反射波和透射波。該方法可用于斜入射情形下具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和任意單元截面的介質(zhì)柵近場(chǎng)及其衍射特性分析。 借助于周期邊界條件，并用UPML吸收邊界對(duì)入射波垂直入射時(shí)三維問題二維周期結(jié)構(gòu)

4、作FDTD分析。利用散射傳遞函數(shù)，僅用窄脈沖計(jì)算一次，即可得到雙指數(shù)脈沖、快上升沿電磁脈沖(FREMP)等幾種較寬或尾巴較長(zhǎng)的脈沖入射時(shí)具有周期結(jié)構(gòu)的鋼筋網(wǎng)和鋼筋混凝土的屏蔽效能。 用FDTD方法結(jié)合UPML吸收邊界及介質(zhì)共形技術(shù)分析了光子晶體板狀結(jié)構(gòu)的輸出效率。由于使用了離散傅立葉變換，故僅用脈沖計(jì)算一次，即可得到一個(gè)頻段上的信息。討論了介質(zhì)基底上引入的光子晶體板的折射率、厚度、板上孔的半徑及深度對(duì)該板狀結(jié)構(gòu)的影響。本文的分析