基于FDTD算法的介觀及微觀物理問題的研究.pdf

1、FDTD算法的研究長期來一直是計算電磁學(xué)領(lǐng)域的重要課題.之前的研究多關(guān)注于對算法本身的改進.所取得的一系列成果對于指導(dǎo)實際生產(chǎn)和工程應(yīng)用的作用已被充分展示.但隨著電磁學(xué)的進一步發(fā)展，單純的Maxwell方程已不能夠全面描述現(xiàn)如今的物理問題，F(xiàn)DTD算法本身需要在更大的領(lǐng)域中大展拳腳.這一趨勢也是同當前交叉學(xué)科的興盛是相呼應(yīng)的.基于此，本文對于FDTD算法的應(yīng)用范圍做了一系列的新的嘗試，具體實現(xiàn)了在宏觀、半微觀和微觀三個領(lǐng)域典型問題的解決

2、.
　　 本文主要工作如下:
　　 1.簡要介紹了FDTD方法研究的相關(guān)背景，發(fā)展進程、基本原理和后文研究所涉及到的關(guān)鍵技術(shù).
　　 2.對宏觀領(lǐng)域典型的電磁散射問題做了重現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上，計算了一些復(fù)雜材料的雷達散射截面這一有用物理量.通過對本章大量數(shù)值算例的分析，驗證了FDTD方法的有效性.
　　 3.半經(jīng)典理論由宏觀電磁理論和微觀粒子理論結(jié)合而成.激光物理的模型和概念便基于此.而運用先進的數(shù)值算法來模

3、擬重現(xiàn)激光的物理過程，本身也是FDTD算法在超越微波波段的電磁領(lǐng)域的一次全新嘗試.所做工作選取的物質(zhì)為增益媒質(zhì)，四能級原子結(jié)構(gòu)為刻畫該媒質(zhì)的模型，利用FDTD數(shù)值求解相互耦合的Maxwell方程，極化方程，和增益媒質(zhì)粒子數(shù)速率方程，同時對激光物理實際操作中的泵浦機制進行全面分析和模擬.數(shù)值結(jié)果表明各項特性均與理論分析一致，也為后文更進一步的研究提供了理論支持.
　　 4.在對增益媒質(zhì)做了基礎(chǔ)性探索之后，構(gòu)造出了二維隨機激光器的模