高阶均匀采样PSTD算法在时域伪谱分析中的应用

"高阶均匀采样的时域伪谱算法研究 (2010年) - 李源, 许家栋, 曾渊, 罗永健" 本文主要探讨了高阶均匀采样的时域伪谱方法(Pseudo-Spectral Time-Domain Method, PSTD)在提高时域有限差分法(Finite Difference Time-Domain, FDTD)计算精度方面的重要作用。传统的FDTD算法基于二阶中心差分格式来近似时间微分，这种方式虽然在空间离散上可以采用高阶方法，但在时间离散上仍然受限于较低的阶数，这成为提高整体算法精度的主要障碍。 高阶均匀化采样的PSTD方法则旨在解决这一问题。该方法通过引入高阶的时间采样，不仅能够提高空间分辨率，还能消除由低阶时间离散引起的数值误差，比如数值波相速度的各向异性以及波前失真。这种方法增强了算法对复杂物理现象的适应性，尤其是在处理具有各向异性或非均匀性的传播问题时，能够提供更精确的分析结果。 作者通过二维光子带隙结构的传输系数数值模拟来验证PSTD方法的有效性和准确性。光子带隙结构是一种典型的光学材料，其内部的光传播特性受到精确的波前控制，因此是测试新算法的理想平台。数值模拟的结果证实了高阶均匀化采样PSTD方法在模拟光子带隙结构中的性能优于传统的FDTD算法。 文章的关键词包括时域有限差分算法、时域伪谱方法、光子晶体和快速傅立叶变换，表明了研究的领域涉及电磁波的数值计算、光子学以及信号处理技术。中图分类号和文献标志码则指示了这是属于自然科学领域的一篇学术论文，可能对电磁场理论、光学工程、计算机科学以及航空航天电子技术的研究人员具有参考价值。 高阶均匀采样的时域伪谱方法是提高FDTD算法精度的关键，它通过优化时间离散，增强了对复杂物理现象的仿真能力，尤其适用于分析光子带隙结构等具有特殊光学性质的系统。这一方法的提出和验证，对于推动电磁仿真技术的发展具有重要意义。