一种FDTD算法中实现模式源精确输入的方法技术

本发明专利技术属于电磁场数值仿真技术领域，具体涉及电磁场时域有限差分方法中能够实现模式源精确输入的方法。一种FDTD算法中实现模式源精确输入的方法，包括：设置介质参数分布，在FDTD仿真空间选取模式源输入面并进行模式求解；对输入面上模式源的电场、磁场的时间域函数进行相位修正；将经过相位修正的电场和磁场时间域函数输入FDTD的迭代计算中。本发明专利技术提供的FDTD算法中实现模式源精确输入的方法，在模式源时间域函数在耦合入FDTD的计算空间时，根据介质系数和计算空间的网格设置来对模式源时间域函数进行相位修正，以提高模式源的耦合效率，提高模式源输入的精确度。提高模式源输入的精确度。提高模式源输入的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种FDTD算法中实现模式源精确输入的方法


[0001]本专利技术属于电磁场数值仿真
，具体涉及电磁场时域有限差分方法中模式源精确输入的方法。

技术介绍

[0002]计算电磁波在复杂模型中的传播主要依靠数值计算的方法，在进行光芯片及微波器件的设计和模拟过程中，采用计算机对电磁波进行数值计算会大大提高相关产品的设计和效率，而常用的方法有有限单元法，谱分解法，以及时域有限差分法。
[0003]电磁场的时域有限差分法(FDTD)直接在时间域求解麦克斯韦方程组或者波动方程来求得时间域上空间节点上的电场磁场强度，可以准确反映出电磁波在特定波导结构中的响应规律。在FDTD中，离散的电场和磁场计算节点的空间排布如图1所示，每一个电场分量由四个与其正交的磁场分量环绕，同理磁场也是如此；这种排列方式与Faraday
’
law和Ampere
’
law的公式结构十分符合，非常适应于Maxwell FDTD公式的计算。
[0004]由于时域有限差分方法采用Yee网格结构，无论是非均匀，粗细相间的亚网格，还是共型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FDTD算法中实现模式源精确输入的方法，其特征在于，包括：设置介质参数分布，在FDTD仿真空间选取模式源输入面并进行模式求解；对模式源输入面上的电场、磁场的时间域函数进行相位修正；将经过相位修正的电场和磁场时间域函数加入FDTD的迭代计算中。2.根据权利要求1所述的FDTD算法中实现模式源精确输入的方法，其特征在于，采用Hilbert变换对输入面上的电场、磁场的时间域函数进行相位修正，表示为：其中，f(t)表示变换前时间域函数；表示经Hilbert变换后的时间域复函数。3.根据权利要求2所述的FDTD算法中实现模式源精确输入的方法，其特征在于，所述的Hilbert变换采用卷积运算的方式，运算公式表示为：ert变换采用卷积运算的方式，运算公式表示为：当定义exp(
‑
j(wt
‑
βr))为r方向正向传播时S＝
‑
1，其为r负方传播时5＝1。4.根据权利要求3所述的FDTD算法中实现模式源精确输入的方法，其特征在于，先修正模式源电场时间域函数，再修正磁场时间域函数，求解方法包括以下步骤：设置仿真空间参数和介质参数分布，解出模式源输入面的空间分布函数设置仿真空间参数和介质参数分布，解出模式源输入面的空间分布函数和传播常数β，并设置时间域函数f
m
(t)；令模式源电场时间域函数f
E
(t)＝f
m
(t)，其中，f
m
(t)表示归一化振幅时间域函数，表示电场和磁场的相位差；通过Hilbert变换，得到将得到的电场时间域复函数代入公式：得出模式源磁场...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜刘革，樊渊，孙崇磊，陈伟，呼延思腾，赵佳，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：