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.pdf

1、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(lái)，色散材料組成的周期結(jié)構(gòu)得到越來(lái)越多的重視，比如頻率選擇表面、新型太陽(yáng)能電池等。因此，對(duì)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(guò)在時(shí)間和空間上對(duì)電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量進(jìn)行離散的方式求解空間電磁場(chǎng)。在垂直入射條件下，通過(guò)采用周期邊界條件，可以方便地使用

2、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(chǎng)值轉(zhuǎn)換到時(shí)域時(shí)會(huì)存在相應(yīng)的時(shí)間差值。在計(jì)算中由于各分量在未來(lái)時(shí)刻的場(chǎng)值是未知的，所以在解決周期結(jié)構(gòu)的斜入射問(wèn)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(guò)程中保留相應(yīng)的場(chǎng)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(lái)時(shí)刻場(chǎng)值，巧妙地解決了斜入射條件下超前場(chǎng)未知的難題。隨著迭代次數(shù)的不斷增

3、多，近似場(chǎng)會(huì)逐漸逼近真實(shí)場(chǎng)，進(jìn)而由于替代產(chǎn)生的計(jì)算誤差也會(huì)相應(yīng)變小，最終經(jīng)過(guò)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(guò)程。接著，分別對(duì)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。