[发明专利]全各向异性媒质的仿真方法、装置、计算机设备及存储介质

说明书

本发明公开了全各向异性媒质的仿真方法、装置、计算机设备及存储介质，方法包括：建立待仿真材料的电磁场模型，以及建立待仿真材料的3D几何模型；对所述3D几何模型赋予材料属性；设置初始条件和边界条件；利用平面电磁波斜入射所述待仿真材料的3D几何模型，通过FDTD方法的模拟仿真，记录每一个时间步的时间域电磁场量，并通过离散傅立叶变换得到频率域的电磁场量，并计算所述电磁波的复反射系数和复透射系数。本发明可以获取周期结构的复反射系数和复透射系数，还可以确定电磁脉冲在周期结构中的传播过程的时域状态，从而实现对全各向异性媒质的仿真。

技术领域

本发明涉及电磁学领域和材料学领域，特别涉及全各向异性媒质的仿真方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术

横向周期结构在电磁学和光学中有着许多应用，因此在过去几十年中引起了科学家和工程师的极大关注。为了探索这些电磁现象，许多研究者采用物理实验或数值模拟的方法。有限元和有限差分等数值方法在物理场模拟中得到了广泛的应用。一般来说，时域有限差分法(Finit-Difference Time-Domain,FDTD)可以有效地模拟光栅周期结构的宽带现象和相控阵。电磁各向异性媒质在自然界中早已被科研人员发现和得到相应的实验验证，因其复杂的计算过程而让许多研究人员也着力在这些不同各向异性介质的电磁计算，但是对于时域Bloch-Floquet(布洛赫-弗洛凯)周期结构依然少之又少。

为了能够对电磁传播与材料特性进行时域分析，最为关键的问题是如何在利用时域电磁场的方法进行平面电磁波斜入射来获取反射系数和复透射系数，由于涉及到一般的平面电磁脉冲包含着极为丰富的频谱，如何将时域电磁波的单频周期分析扩展到多频周期分析中，并观察电磁波在周期结构中传播过程，具有重要意义。通过研究时域电磁波动的特性，利用电子计算机实现未知材料的模拟和验证，对研究材料领域的工作有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供全各向异性媒质的仿真方法、装置、计算机设备及存储介质，旨在的采用对全各向异性媒质进行仿真，获取传输系数。

本发明实施例提供一种全各向异性媒质的仿真方法，其特征在于，包括：

建立待仿真材料的电磁场模型，以及建立待仿真材料的3D几何模型；

对所述3D几何模型赋予材料属性；

设置初始条件和边界条件；

利用平面电磁波斜入射所述待仿真材料的3D几何模型，通过FDTD方法的模拟仿真，记录每一个时间步的时间域电磁场量，并通过离散傅立叶变换得到频率域的电磁场量，并计算所述电磁波的复反射系数和复透射系数；

其中，所述电磁波的反射系数和复透射系数按如下公式计算得到：

其中，Γ_q,TE(f)和T_q,TE(f)分别表示TE波的复反射系数和复透射系数，Γ_q,TM(f)和T_q,TM(f)分别表示TM波的复反射系数和复透射系数，E_inc(f)、E_ref,q(f)和E_tra,q(f)分别为通过FDTD方法计算时域场通过傅里叶变换得到的TE波入射场、反射场以及透射场，H_inc(f)、H_ref,q(f)和H_tra,q(f)分别为通过FDTD计算时域场通过傅里叶变换得到的TM波入射场、反射场以及透射场，k_z为空气中的纵向波矢，d_rt表示入射区域和透射区域的测量距离。

进一步，还包括：

按下式计算所述平面电磁波的最小截止频率f_min：