计算电磁学时域有限差分法

本图书主要讲述了计算电磁学中时域有限差分（FDTD）方法的基本原理、高效算法及其编程实现，深入浅出地介绍了高等电磁理论基础、FDTD方法工作原理、完美匹配层吸收边界算法、电磁波束激励算法、电磁材料模拟算法、仿真过程和后期处理，以及给出了以上各部分内容的编程方法和技巧。该书配有一维、二维和三维时域有限差分方法的MATALB原始代码和详细注释，并给出了若干典型电磁和光学问题案例的建模仿真、编程思路和仿真结果。

第1章绪论
1.1计算电磁学简介
1.1.1计算电磁学的形成
1.1.2计算电磁学的特点
1.1.3计算电磁学的意义
1.2计算电磁学的重要数值计算方法
1.2.1矩量法
1.2.2有限元法
1.2.3有限差分法
1.3时域有限差分法的特点、发展和应用
1.3.1时域有限差分法的特点
1.3.2时域有限差分法的发展历史
1.3.3时域有限差分法的应用领域
1.4本书内容的安排
参考文献
第2章电磁理论
2.1矢量分析
2.1.1矢量代数与微分算符
2.1.2标量场的方向导数和梯度
2.1.3矢量场的散度和旋度
2.1.4标量场和矢量场的拉普拉斯运算
2.2电磁场论
2.2.1亥姆霍兹定理
2.2.2电场的散度和旋度
2.2.3磁场的散度和旋度
2.3物质本构关系
2.3.1电介质的极化与介电常数
2.3.2磁介质的磁化与磁导率
2.3.3导电媒质的传导特性与电导率
2.4麦克斯韦方程组
2.4.1麦克斯韦方程组的微分形式
2.4.2麦克斯韦方程组的积分形式
2.4.3电磁场边界条件
参考文献
第3章工作原理
3.1二阶中心差分格式
3.2电磁场量时空离散
3.3电磁场量更新公式
3.4稳定性条件
3.5数值色散
参考文献
第4章边界条件
4.1理想电导体边界条件
4.2理想磁导体边界条件
4.3周期边界条件
4.4接近匹配层吸收边界条件
4.4.1吸收边界条件
4.4.2PML区域划分和参数设置
4.4.3PML下电磁场量更新公式
参考文献
第5章电磁波源
5.1电流源时频特性
5.1.1时谐电流源
5.1.2脉冲电流源
5.2电流源激发电磁波
5.2.1面电流源
5.2.2线电流源
5.2.3电偶极子源
5.3总场散射场边界条件
5.3.1一维总场散射场边界条件
5.3.2二维总场散射场边界条件
5.3.3三维总场散射场边界条件
5.4利用边界条件引入平面波
5.4.1一维辅助平面波
5.4.2一维平面波的引入
5.4.3二维平面波的引入
5.4.4三维平面波的引入
参考文献
第6章材料仿真
6.1理想电介质
6.2理想磁介质
6.3导电媒质
6.4色散材料
6.4.1德拜色散材料
6.4.2德鲁德色散材料
6.4.3洛伦兹色散材料
参考文献
第7章仿真处理
7.1电磁波功率和能量参数的提取
7.1.1时变电磁场的能流密度
7.1.2时谐电磁场的平均能流密度
7.1.3电磁波瞬时功率的提取
7.1.4电磁波能量的提取
7.1.5激光光强和平均功率的提取
7.2时域电磁场的频域变换
7.3时谐电磁波的振幅提取
7.3.1峰值检测法
7.3.2两点法
7.3.3积分公式法
7.4仿真过程和结果可视化编程
7.4.1仿真过程可视化编程
7.4.2仿真过程动画文件制作
7.4.3仿真结果图片文件保存
参考文献
第8章仿真案例
8.1FDTD编程实现
8.2FDTD仿真案例
8.2.1一维仿真案例： 四分之一波长匹配层的增透特性
8.2.2二维仿真案例： 负折射率平板透镜的亚波长成像特性
8.2.3三维仿真案例： 高斯光束入射玻璃内气泡的散反射特性
参考文献