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时谐麦克斯韦方程的稀疏化预条件子
摘要: 本文提出了时谐麦克斯韦方程组积分形式下的稀疏化预条件子。继针对Lippmann-Schwinger方程的稀疏化预条件子研究之后,本文将该方法从标量波情形推广至矢量波情形。其核心思想是通过最小化积分方程中的非局部相互作用,构建稠密系统的稀疏近似,从而可采用稀疏线性求解器来降低计算成本。当与标准GMRES求解器结合使用时,预条件迭代次数始终保持较少且基本不受频率影响。这表明采用稀疏化预条件子后,求解稠密积分系统能与求解偏微分方程离散化得到的稀疏系统具有同等效率。
关键词: 电磁散射,预条件子,麦克斯韦方程组,稀疏线性代数
更新于2025-09-23 15:23:52
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非均匀介质中电磁场计算的积分方程法数值分析
摘要: 本文研究了采用积分方程法对非均匀介质中电磁场进行数学建模的问题。重点分析了高对比度导电介质的情形,即高导电性非均匀体嵌入低导电性介质中的情况。针对该情形的积分方程分析表明:当导电性非均匀体位于低电导率层内部时,解会出现劣化现象。研究证明,通过德米特里耶夫提出的"抬升背景电导率"方法可有效克服该效应。在非均匀介质中,H极化二维电磁场的对比效应最为显著,因此针对这一特定情形开展了数值实验。将采用抬升背景电导率的积分方程法计算结果与有限差分法计算结果进行对比,两种方法的计算结果呈现出极佳的一致性。
关键词: 积分方程法、电磁测深、非均匀介质、麦克斯韦方程组
更新于2025-09-23 15:22:29
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二维材料上TE和TM等离子体的色散关系中的非微扰非线性效应
摘要: 我们解析地获得了位于两个克尔型介电介质之间、具有反演对称性的非线性二维(2D)导电材料中横电(TE)和横磁(TM)表面等离极化激元的色散关系。为此,我们在准静电、弱耗散范围内使用麦克斯韦方程组。研究表明,由于周围介电材料的非线性,表面等离激元的波长和传播距离会减小。相比之下,二维材料非线性的影响取决于三阶电导率实部和虚部的符号。值得注意的是,若简单地将线性色散关系中的介电常数替换为非线性对应值来获取色散关系,其结果并不准确。我们将该分析应用于掺杂石墨烯的情况,并对表面等离激元波长和传播距离作出预测。
关键词: 麦克斯韦方程组、准静电区、弱耗散区、非线性二维材料、表面等离极化激元、掺杂石墨烯、克尔型电介质
更新于2025-09-23 15:21:21
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[微分-代数方程论坛] || 计算电磁学中的微分代数方程组
摘要: 从麦克斯韦方程的空间离散化出发,针对电磁场模拟提出了多种经典公式体系。这些方法在所考虑的物理现象及离散化变量的选择上存在差异。本文综述了最常见的近似方法和公式体系,重点分析其结构特性,并通过微分指标概念讨论和量化其微分-代数特性。
关键词: 准静态近似、麦克斯韦方程组、微分代数方程指标
更新于2025-09-23 15:21:21
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非线性覆盖层对石墨烯基光子晶体中TM偏振表面波的影响
摘要: 本文研究了非线性覆盖层和石墨烯化学势对一维石墨烯基光子晶体(GBPC)中p偏振表面波(SWs)的影响。针对非线性覆盖层的介电张量考虑了三种情况:(1) 垂直单轴近似;(2) 平行单轴近似;(3) 通用情况。研究结果表明,由于垂直近似,非线性覆盖层对TM表面波的影响可忽略。而在平行近似及通用介电函数形式下,石墨烯诱导带隙(GIPBG)内TM表面波的频率可通过非线性覆盖层和石墨烯化学势调控。此外,结果表明:在具有自散焦覆盖层的GBPC的GIPBG中,提高化学势和光学非线性会使表面波频率同向移动;但对于自聚焦覆盖层,两者会使频率反向移动。因此,通过调节自散焦覆盖层的化学势可扩展表面波频率的可调范围,而在自聚焦情况下则可消除光学非线性效应。
关键词: 石墨烯,第一类积分,非线性光学,表面波,麦克斯韦方程组,光子晶体
更新于2025-09-23 15:21:01
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[2019年IEEE光子学与电磁学研究春季研讨会(PIERS-Spring) - 意大利罗马(2019.6.17-2019.6.20)] 2019年光子学与电磁学研究春季研讨会(PIERS-Spring) - 矩形波导中介电层实介电常数重构不适定反问题最小二乘解的稳定性
摘要: 我们利用矩形单模波导(其法兰处为多模边界条件)中麦克斯韦方程的解来确定包含物的参数。通过给出包含物为平行平板介质片时波导S参数的显式表达式,研究了该反问题的适定性。从实测(实验)数据重建介电常数的方法必须具有稳定性和良态性。以主波导模式传输系数的含噪测量数据确定实际介电常数为例,阐述了这些要求的重要性——该问题通常不可解,因为待反演函数的值域在复平面上构成零测集。此外,参数曲线的自交现象会导致反问题解的不唯一性,因此此类点附近的介电常数近似重建方法可能失稳或病态。本研究展示了若干此类算法实例,证明采用多频测量数据重建包含物介电常数的最小二乘法是求解该反问题的稳定算法。该方法既不依赖待求参数的先验估计,也不需要参数曲线奇点位置信息。我们确定了最小二乘法条件数的变化区间,并表明当以下任一参数增大时(介质层宽度、测量频带范围或其与下截止值的距离),该数值会减小?;谡庑┙峁?,我们估算了测量数据质量提升时近似解向真值的收敛速率,并给出了实验参数与测量装置的最优选择方法。
关键词: 逆问题、介电常数、麦克斯韦方程组、波导、最小二乘法
更新于2025-09-23 15:21:01
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非线性光学 || 非线性光学相互作用的波动方程描述
摘要: 在上一章中,我们已了解到材料系统对强激光场的非线性响应如何使介质极化产生入射辐射场中原本不存在的新频率分量。这些非线性极化的新频率分量充当了电磁场新频率分量的源。本章我们将探究麦克斯韦方程组如何描述这些新分量的产生过程,并更广泛地考察场的各频率分量如何通过非线性相互作用实现耦合。
关键词: 波动方程、电磁场、频率分量、麦克斯韦方程组、非线性光学、偏振
更新于2025-09-23 15:21:01
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开放平面介质波导中填充非线性介质的电磁波传播 II:TM波
摘要: 考虑一个区间上的非线性特征值问题。方程中的非线性由一个非负单调递增函数确定,边界条件既非线性地依赖于待求函数,也依赖于谱参数。离散特征值通过在该区间一端附加(局部)条件来定义。该问题描述了单色(偏振)电磁TM波在充满非线性介质的平面介质波导中的传播。这种非线性涵盖了对应于自相互作用效应的非线性光学的广泛规律范围。关于该问题的可解性以及特征值性质的结果已获得。
关键词: 麦克斯韦方程组、非线性特征值问题、非线性介电常数、非线性斯特姆-刘维尔问题、平面介质波导、特征值渐近性、比较定理
更新于2025-09-23 15:21:01
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傅里叶变换方法在电磁纽结中的应用
摘要: 傅里叶变换方法可用于获得电磁纽结——这些是真空麦克斯韦方程组具有非平凡场线拓扑结构及特殊性质的解。本研究采用的方法能在本科教学层面清晰呈现核心思想与具体计算过程,避免因复杂公式表述造成理解障碍。我们运用螺旋度基来计算电磁螺旋度及场的单光子含量。
关键词: 傅里叶变换、螺旋度基、麦克斯韦方程组、电磁纽结、光子含量
更新于2025-09-23 15:21:01
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[2018年IEEE国际计算电磁学会议(ICCEM) - 中国成都 (2018.3.26-2018.3.28)] 2018年IEEE国际计算电磁学会议(ICCEM) - 麦克斯韦方程的高阶超弱变分公式
摘要: 超弱变分公式(UWVF)是一种用于求解时谐波问题的Trefftz方法。其灵活的网格划分与平面波基函数的结合,使UWVF特别适用于求解非均匀介质中、以及几何尺寸可达数十甚至数百波长的麦克斯韦问题。在单一网格内,可根据单元尺寸、单元内材料特性及所需解的精度水平,逐单元调整基函数数量。既往研究表明,UWVF方法每个单元可使用3至130个平面波。本研究探究了UWVF采用高维平面波基的情况,旨在寻找能支持h/λ≈10(h为单元最长边长,λ为波长)单元的基函数体系。通过比较三种平面波方向选择方法在UWVF近似精度和所得矩阵系统条件数方面的表现,结果表明:在简单模型问题中该目标虽可实现,但需每个单元超过500个平面波基函数才能达到可接受精度。
关键词: 麦克斯韦方程组,有限元法
更新于2025-09-23 15:21:01