本文關(guān)鍵詞：基于迭代FDTD法分析任意入射角度下周期結(jié)構(gòu)的傳輸特性

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【摘要】：周期結(jié)構(gòu)是指由特定媒質(zhì)在空間按周期性排布形成的物體。由于其具有的特殊物理性質(zhì),因而被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用中。近年來,色散材料組成的周期結(jié)構(gòu)得到越來越多的重視,比如頻率選擇表面、新型太陽能電池等。因此,對于各種色散周期結(jié)構(gòu)的計(jì)算和分析顯得尤為重要。FDTD方法被廣泛應(yīng)用于周期結(jié)構(gòu)的電磁特性計(jì)算中,它通過在時(shí)間和空間上對電場分量和磁場分量進(jìn)行離散的方式求解空間電磁場。在垂直入射條件下,通過采用周期邊界條件,可以方便地使用FDTD分析周期結(jié)構(gòu)的電磁特性。但是在斜入射條件下,頻域中的場值轉(zhuǎn)換到時(shí)域時(shí)會存在相應(yīng)的時(shí)間差值。在計(jì)算中由于各分量在未來時(shí)刻的場值是未知的,所以在解決周期結(jié)構(gòu)的斜入射問題時(shí),傳統(tǒng)FDTD方法存在著諸多困難。本文采用了一種基于FDTD的多次迭代算法,該方法的主要思想是在每次迭代的過程中保留相應(yīng)的場值,然后利用上一次迭代得到的數(shù)值近似替代當(dāng)前迭代所需的未來時(shí)刻場值,巧妙地解決了斜入射條件下超前場未知的難題。隨著迭代次數(shù)的不斷增多,近似場會逐漸逼近真實(shí)場,進(jìn)而由于替代產(chǎn)生的計(jì)算誤差也會相應(yīng)變小,最終經(jīng)過多次迭代得到收斂的結(jié)果。本文的主要工作有：1.介紹了周期結(jié)構(gòu)的研究背景,闡明本文所做工作的重要性。然后分析了FDTD方法的基礎(chǔ)理論,在此基礎(chǔ)上引入了本文采用的迭代FDTD法。2.給出了任意入射角度下迭代FDTD方法的算法構(gòu)造,并詳細(xì)描述了算法的具體執(zhí)行過程。接著,分別對二維和三維的周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算,用以驗(yàn)證本方法的正確性。3.將迭代FDTD方法進(jìn)一步引入到對色散周期結(jié)構(gòu)的分析中,通過計(jì)算三個具有廣泛應(yīng)用價(jià)值和重要物理意義的算例,驗(yàn)證了本方法對Drude色散模型和Drude-Lorentz組合模型的適用性。4.采用了在PML層后添加特殊吸收層的方式,更好地實(shí)現(xiàn)了對消逝波的吸收,保持了算法在計(jì)算周期結(jié)構(gòu)時(shí)的長時(shí)間穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：時(shí)域有限差分法 周期結(jié)構(gòu) 迭代算法 色散媒質(zhì) 斜入射
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN011
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 周期結(jié)構(gòu)的研究背景8-9
• 1.1.1 周期結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀8
• 1.1.2 周期結(jié)構(gòu)的研究方法8-9
• 1.2 FDTD方法簡介9-10
• 1.3 本文的內(nèi)容安排及主要工作10-12
• 第二章 基本理論12-29
• 2.1 FDTD方法基本理論12-24
• 2.1.1 FDTD方法基本差分格式12-17
• 2.1.2 FDTD方法的穩(wěn)定性及數(shù)值色散17-18
• 2.1.3 FDTD方法的吸收邊界條件18-22
• 2.1.4 FDTD方法中入射波源的引入22-24
• 2.2 周期結(jié)構(gòu)的基本理論24-29
• 2.2.1 Floquet定理簡介25-26
• 2.2.2 周期邊界條件在FDTD中的應(yīng)用26-27
• 2.2.3 周期結(jié)構(gòu)中基于FDTD的研究方法27-29
• 第三章 迭代FDTD方法29-40
• 3.1 迭代FDTD法的基本原理29-35
• 3.1.1 迭代FDTD法的原理構(gòu)造29-31
• 3.1.2 迭代FDTD法的具體執(zhí)行過程31-34
• 3.1.3 迭代FDTD法的收斂性分析34-35
• 3.2 數(shù)值算例35-39
• 3.2.1 二維PBG結(jié)構(gòu)35-37
• 3.2.2 三維納米球陣列37-39
• 3.3 結(jié)論39-40
• 第四章 色散媒質(zhì)中的迭代FDTD法40-52
• 4.1 色散媒質(zhì)40-43
• 4.1.1 常用色散模型40-41
• 4.1.2 典型材料的色散模型41-43
• 4.2 色散媒質(zhì)的ADE-FDTD方法43-44
• 4.3 色散媒質(zhì)中的周期結(jié)構(gòu)分析44-51
• 4.3.1 無限長金層45-46
• 4.3.2 頻率選擇表面46-48
• 4.3.3 超透射模型48-51
• 4.4 結(jié)論51-52
• 第五章 改進(jìn)的PML吸收層52-56
• 5.1 消逝波產(chǎn)生的相關(guān)因素52-54
• 5.2 PML層的改進(jìn)處理54-56
• 第六章 總結(jié)與展望56-58
• 6.1 總結(jié)本文的研究工作56-57
• 6.2 展望和建議57-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 致謝62-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果63

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 沈晨陽;方明;黃志祥;吳先良;;斜入射周期結(jié)構(gòu)模擬的迭代時(shí)域有限差分方法[J];光子學(xué)報(bào);2015年11期

2 曾輝;楊亞培;;FDTD法與平面波展開法在光子禁帶計(jì)算中的差異分析[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2005年S1期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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2 王娟娟;基于FDTD方法的亞波長結(jié)構(gòu)超透射現(xiàn)象研究[D];安徽大學(xué);2015年

3 魯思龍;色散周期結(jié)構(gòu)的分裂場時(shí)域有限差分法分析[D];安徽大學(xué);2012年

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本文編號：805394