基于完美匹配層邊界的并行FDTD算法及其在光子集成中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)集成光學(xué)技術(shù)的需求與日俱增。集成光子技術(shù)的代表之一就是平面光波光路器件，平面光波光路器件的研制是一件繁復(fù)的事情，研究成本高，制造周期長(zhǎng)，如果可以在實(shí)際制造之前即對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，則可大大地降低研究成本。傳統(tǒng)解析方法在面對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的集成光子器件時(shí)已經(jīng)顯得力不從心，新興的數(shù)值模擬方法則在這一方面有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。其中，本文所研究的時(shí)域有限差分算法（Finite difference time dom

2、ain method，F(xiàn)DTD）由于具有計(jì)算效率高，精度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程問(wèn)題中具有十分廣泛的應(yīng)用。
　　本文采用VisualC++編寫(xiě)了FDTD通用計(jì)算程序，該程序采用PML(Perfectly Matched Layer,PML)完美匹配層作為吸收邊界條件，從而實(shí)現(xiàn)各種光子集成器件仿真計(jì)算。采用MPI(Message Passing Interface)并行函數(shù)庫(kù)，對(duì)FDTD并行計(jì)算中的關(guān)鍵步驟，如區(qū)域分割、進(jìn)程網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)

3、構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸及通信函數(shù)的選取等進(jìn)行了分析和優(yōu)化，最后提出了一套FDTD并行計(jì)算方案并基于該方案編寫(xiě)了并行FDTD通用程序。為減少操作系統(tǒng)內(nèi)存消耗，在unix系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)了64位并行FDTD運(yùn)算。可利用本程序進(jìn)行大內(nèi)存、多節(jié)點(diǎn)三維光子器件結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算。
　　二維并行FDTD程序的雙節(jié)點(diǎn)并行效率可達(dá)93％以上，加速比可達(dá)1.88，而四節(jié)點(diǎn)并行效率也達(dá)到了80％，加速比可達(dá)到3.24以上;三維并行FDTD程序的雙節(jié)點(diǎn)并行效率在90％左右，