Применение локально-рекурсивных нелокально-асинхронных алгоритмов в полноволновом численном моделировании
Диссертация
Исследование вопроса Во многих работах, описывающих численное моделирование того или иного эксперимента, ввиду ограниченности счетных ресурсов и недостатков вычислительных алгоритмов делаются значительные упрощения (например, замена трехмерной задачи двумерной, моделирование в частотной области, пренебрежение неоднородностями исследуемого материала, дисперсионными потерями, предположение… Читать ещё >
Список литературы
- В. Д. Левченко. Асинхронные параллельные алгоритмы как способ достижения эффективности вычислений // Информационные технологии и вычислительные системы. — 2005. — № 1.
- A. Taflove, S. С. Hagness. Computational Electrodynamics: the Finite-Difference Time-Domain Method. — 3rd edition. — Norwood, MA: Artech House, 2005.
- Minghao Qi, Elefterios Lidorikis, Peter T. Rakich et al A three-dimensional optical photonic crystal with designed point defects // Nature. — 2004. — Vol. 429. Pp. 538−542.
- Sh.-Yu Lin, E. Chow, V. Hietala et al Experimental Demonstration of Guiding and Bending of Electromagnetic Waves in a Photonic Crystal // Science. 1998. — October. — Vol. 282, no. 5387. — Pp. 274−276.
- E. Yablonovitch. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics // Phys. Rev. Lett. 1987. — Vol. 58.- Pp. 2059−2061.
- E. Yablonovitch, T. J. Gmitter, К. M. Leung. Photonic band structure: The face-centered-cubic case employing nonspherical atoms // Phys. Rev. Lett. — 1991. Vol. 67. — Pp. 2295−2297.
- D. S. Filonov, A. E. Krasnok, A. P. Slobozhanyuk et al. Experimental verification of the concept of all-dielectric nanoantennas // Appl. Phys. Lett. 2012. — Vol. 100, no. 20. — Pp. 20 1113(1−4).
- C. R. Simovski, P. A. Belov, A. V. Atrashchenko, Y. S. Kivshar. Wire Metamaterials: Physics and Applications // Advanced Materials. — 2012. — Vol. 24, no. 31.- Pp. 4229−4248.
- В. А. Сойфер. Нанофотоника и дифракционная оптика // Компьютерная оптика. 2008. — Т. 32, № 2. — С. 110−118.
- В. В. Котляр. Нанофотоника — манипулирование светом с помощью наноструктур // Компьютерная оптика.— 2008.— Т. 32, № 2.— С. 119−135.
- J. P. Pendry. Negative Refraction Makes a Perfect Lens // Phys. Rev. Lett. 2000. — Vol. 85, no. 18. — Pp. 3966−3969.
- V. M. Shalaev. Opical negative-index metamaterials // Nature Photonics. —2007.-Vol. l.-Pp. 41−48.
- N. M. Litchinitser, I. R. Gabitov, A. I. Maimistov, V. M. Shalaev. Negative Refractive Index Metamaterials in Optics // Progress in Optics / Ed. by E. Wolf. Elsevier, 2008. — Vol. 51 of Progress in Optics. — Pp. 1−68.
- N. M. Litchinitser, A. I. Maimistov, Gabitov I. R. et al. Metamaterials: electromagnetic enhancement at zero-index transition // Opt. Lett.—2008. Vol. 33, no. 20. — Pp. 2350−2352.
- Maimistov A. I., Gabitov I. R. Nonlinear optical effects in artificial materials // Eur. Phys. J. Special Topics. — 2007.— Vol. 147, no. l.-Pp. 265−286.
- U. K. Chettiar, S. Xiao, A. V. Kildishev et al. Optical Metamagnetism and Negative-Index Metamaterials // MRS Bulletin. — 2008. — Vol. 33, no. 10. — Pp. 921−926.
- В. Г. Веселаго, E. А. Виноградов, В. И. Голованов и др. Волноводное распространение СВЧ-излучения в двухслойном метаматериале // Письма в ЖТФ. 2011. — Т. 37, № 5. — С. 57−63.
- V. M. Shalaev, W. Cai, U. К. Chettiar et al. Negative index of refraction in optical metamaterials // Opt. Lett. — 2005.— Vol. 30, no. 24.— Pp. 3356−3358.
- J. B. Pendry, D. Schurig, D. R. Smith. Controlling Electromagnetic Fields // Science. 2006. — Vol. 312, no. 5781. — Pp. 1780−1782.
- V. M. Shalaev. PHYSICS: Transforming Light // Science. 2008.- Vol. 322, no. 5900. — Pp. 384−386.
- J. Valentine, J. Li, T. Zentgraf et al. An Optical Cloak Made of Dielectrics // Nature Materials. 2009. — Vol. 8. — Pp. 568−571.
- W. Cail, U. K. Chettiar 1, A. V. Kildishev, V. M. Shalaev. Optical cloaking with metamaterials // Nature Photonics. — 2007. — Vol. 1. — Pp. 224−227.
- J.-W. Dong, H. H. Zheng, Y. Lai et al. Metamaterial slab as a lens, a cloak, or an intermediate // Phys. Rev. B. — 2011. — Vol. 83, no. 11. — P. 115 124.
- И. Д. Полякова, В. И. Богоявленский. Баженовская свита — источник промышленных нефтей и жирных газов в титон-неокомских отложениях Южно-Карского региона // Доклады Академии наук. — 2011.— Т. 440, № 1.-С. 105−110.
- М. А. Вордюг, В. С. Славкин, С. С. Гаврилов, А. А. Потрясов. Особенности строения и формирования аномального разреза баженовской свиты на примере Северо-11онитлорского месторождения // Геология нефти и газа. 2010. — № 1. — С. 32−40.
- В. И. Костин, В. В. Лисица, Г. В. Решетова, В. А. Чеверда. Конечно-разностный метод численного моделирования распространения сейсмических волн в трехмерно-неоднородных разномасштабных средах //
- Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии. 2011. — Т. 12, № 1. — С. 321−329.
- К. S. Yee. Numerical Solution of Initial Boundary Value Problems Involving Maxwell’s Equations in Isotropic Media // IEEE Trans, on Ant. and Propagat. 1966. — May. — Vol. 14. — Pp. 302−307.
- Raul Madariaga. Dynamics of an expanding circular fault // Bulletin of the Seismological Society of America. — 1976. — Vol. 66, no. 3. — Pp. 639−666.
- Jean Virieux. P-SV wave propagation in heterogeneous media: Velocity-stress finite-difference method // Geophysics.— 1986.— Vol. 51, no. 4.— Pp. 889−901.
- P. Курант. Уравнения с частными производными. — Москва: Мир, 1964. С. 832.
- W. Gwarek. Analysis of an arbitrarily shaped planar circuit — A time-domain approach // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. — 1985.— Vol. 33, no. 10.- Pp. 1067−1072.
- A. Taflove, K. R. Umashankar, B. Beker et al. Detailed FDTD analysis of electromagnetic fields penetrating narrow slots and lapped joints in thick conducting screens // IEEE Trans, on Ant. and Propagat — 1988. — Vol. 36, no. 2. Pp. 247−257.
- T. G. Jurgens, A. Taflove, K. R. Umashankar, T. G. Moore. Finite-difference time-domain modeling of curved surfaces // IEEE Trans, on Ant. and Propagat. 1992. — Vol. 40, no. 4. — Pp. 357−366.
- T. G. Jurgens, A. Taflove. Three-Dimensional Contour FDTD Modeling of
- Scattering from Single and Multiple Bodies // IEEE Trans, on Ant and Propagat. 1993. — Vol. 41, no. 12.
- T. Kashiwa, I. Fukai. A treatment by FDTD method of dispersive characteristics associated with electronic polarization // Microwave and Optical Technology Lett. — 1990. — Vol. 3, no. 6. Pp. 203−205.
- R. Luebbers, F. Hunsberger, K. Kunz et al. A frequency-dependent finite-difference time-domain formulation for dispersive materials // IEEE Trans, on Electromagnetic Compatibility. — 1990. — Vol. 32, no. 3. — Pp. 222−227.
- Q. H. Liu. The pseudospectral time-domain (PSTD) method: A new algorithm for solutions of Maxwell’s equations // IEEE Ant. and Propagat. Society International Symposium Digest. — 1997. — Vol. 1. — Pp. 122−125.
- A. S. Nagra, R. A. York. FDTD analysis of wave propagation in nonlinear absorbing and gain media // IEEE Trans, on Ant. and Propagat. — 1998. — Vol. 46, no. 3. Pp. 334−340.
- J. B. Schneider, C. L. Wagner. FDTD dispersion revisited: Faster-than-light propagation // IEEE Microw. Guid. Wave Lett. — 1999. — Vol. 9, no. 2.— Pp. 54−56.
- F. Zhen, Z. Chen, J. Zhang. Toward the development of a three-dimensional unconditionally stable finite-difference time-domain method // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. — 2000. — Vol. 48, no. 9. — Pp. 1550−1558.
- F. Zheng, Z. Chen. Numerical dispersion analysis of the unconditionally stable 3-D ADI-FDTD method // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. 2001. — Vol. 49, no. 5. — Pp. 1006−1009.
- T. Rylander, A. Bondeson. Stable FDTD-FEM hybrid method for Maxwell’s equations // Computer Physics Communications. — 2000. — Vol. 125, no. 1−3.-Pp. 75−82.
- H. De Raedt, K. Michielsen, J. S. Kole, M. T. Figge. Solving the Maxwell equations by the Chebyshev method: A one-step finite difference timedomain algorithm // IEEE Trans, on Ant. and Propagat. — 2003. — Vol. 51, no. 11.-Pp. 3155−3160.
- I. Ahmed, E. K. Chua, E. P. Li, Z. Chen. Development of the three-dimensional unconditionally stable LOD-FDTD method // IEEE Trans, on Ant. and Propagat. 2008. — Vol. 56, no. 11. — Pp. 3596−3600.
- P. Yang, G. W. Kattawar, K.-N. Liou, J. Q. Lu. Comparison of Cartesian grid configurations for application of the finite-difference time-domain method to electromagnetic scattering by dielectric particles // Appl. Opt. — 2004. Vol. 43, no. 23.
- W. Sun, Q. Fu. Finite-difference time-domain solution of light scattering by dielectric particles with large complex refractive indices // Appl. Opt. — 2000. — Vol. 39, no. 30.
- Y. Yang, R. S. Chen, E. K. N. Yung. The unconditionally stable Crank-Nicolson FDTD method for three-dimensional Maxwell’s equations // Microwave and Optical Technology Lett. — 2006.— Vol. 48, no. 8.
- Y. Yang, R. S. Chen, D. X. Wang, E. K. N. Yung. Unconditionally stable Crank-Nicolson finite-different time-domain method for simulation of three-dimensional microwave circuits // IET Microwaves, Ant. and Propagat. — 2007. Vol. 1, no. 4. — Pp. 937−942.
- G. Sun, C. W. Trueman. Unconditionally-stable FDTD method based on Crank-Nicolson scheme for solving three-dimensional Maxwell equations // Electronics Lett. 2004. — Vol. 40, no. 10. — Pp. 589−590.
- J. Crank, P. Nicolson. A practical method for numerical evaluation of solutions of partial differential equations of the heat conduction type // Proc. Camb. Phil Soc. 1947. — Vol. 43, no. 1.- Pp. 50−67.
- N. V. Kantartzis, T.D. Tsiboukis. Higher Order FDTD Schemes for Waveguide and Antenna Structures. — 1st edition. — Morgan & Claypool Publishers, 2006.
- A. F. Oskooi, D. Roundyb, M. Ibanescua et al Meep: A flexible free-software package for electromagnetic simulations by the FDTD method // Computer Physics Communications. — 2010. — Vol. 181. — Pp. 687−702.
- I. Valuev, A. Deinega, S. Belousov. Iterative technique for analysis of periodic structures at oblique incidence in the finite-difference time-domain method // Opt. Lett. — 2008. — Vol. 33, no. 13.- Pp. 1491−1493.
- Andrea Toselli, Olof Widlund. Domain Decomposition Methods Algorithms and Theory. — Springer, 2004. — Vol. 34 of Springer Series in Computational Mathematics.
- A. Farjadpour, D. Roundy, A. Rodriguez et al Improving accuracy by subpixel smoothing in FDTD // Opt. Lett. 2006. — October 15. — Vol. 31, no. 20. — Pp. 2972−2974.
- A. F. Oskooi, С. Kottke, S. G. Johnson. Accurate finite-difference timedomain simulation of anisotropic media by subpixel smoothing // Opt. Lett. 2009. — September 15. — Vol. 34, no. 18. — Pp. 2778−2780.
- A. Deinega, I. Valuev. Subpixel smoothing for conductive and dispersive media in the finite-difference time-domain method // Opt. Lett. — 2007.— December 1. — Vol. 32, no. 23.- Pp. 3429−3431.
- S. Dey, R. Mittra. A conformal finite-difference time-domain technique for modeling cylindrical dielectric resonators // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques. 1999. -Sep. — Vol. 47, no. 9.- Pp. 1737−1739.
- Y. Zhao, P. A. Belov, Y Hao. Accurate modeling of the optical properties of left-handed media using a finite-difference time-domain method // Phys. Rev. E. 2007. — Vol. 75, no. 3. — Pp. 3 7602(1−4).
- J. Andersen, V. Solodukhov. Field behavior near a dielectric wedge // IEEE Trans, on Ant. and Propagat. 1978. — Vol. 26, no. 4. — Pp. 598−602.
- Г. И. Макаров, Осипов А. В. К вопросу о структуре рядов Мейкснера // Изв. вузов. Радиофизика. 1986. — Т. 29, № 6. — С. 714−720.
- C.-L. Хи, Wei-Ping Huang, К. Yokoyama, S. Seki. Full-vectorial mode analysis with considerations of field singularities at corners of optical waveguides // Journal of Lightwave Technology. — 1999. — Vol. 17, no. 8. — Pp. 1509−1513.
- G.R. Hadley. High-accuracy finite-difference equations for dielectric waveguide analysis I: uniform regions and dielectric interfaces // Journal of Lightwave Technology. 2002. — Vol. 20, no. 7. — Pp. 1210−1218.
- G.R. Hadley. High-accuracy finite-difference equations for dielectricwaveguide analysis II: dielectric corners // Journal of Lightwave Technology. 2002. — Vol. 20, no. 7. — Pp. 1219−1231.
- J.-P. Berenger. Perfectly Matched Layer (PML) for Computational Electromagnetics. — 1st edition. — Morgan & Claypool Publishers, 2007.
- J.-P. Berenger. A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves // Journal of Comp. Phys.— 1994.— Vol. 114. — Pp. 185−200.
- Z. S. Sacks, D. M. Kingsland, R. Lee, J.-F. Lee. A perfectly matched anisotropic absorber for use as an absorbing boundary condition // IEEE Trans. Ant. Propagat. 1995. — Vol. 43. — Pp. 1460−1463.
- J. L. Volakis, A. Chatterjee, L. C. Kempel. Finite-Element Method for Electromagnetics. — Piscataway, NJ: IEEE Press, 1998.
- J. Fang, Z. Wu. Generalized perfectly matched layer — An extension of Berenger’s perfectly matched layer boundary condition // IEEE Microw. Guid. Wave Lett. 1995. — Vol. 5, no. 12. — Pp. 451−453.
- M. Kuzuoglu, R. Mittra. Frequency dependence of the constitutive parameters of causal perfectly matched absorbers // IEEE Microw. Guid. Wave Lett. 1996. — Vol. 6. — Pp. 447−449.
- T.-B. Yu, G. h. Zhou, B. Chen. An unsplit formulation of the Berenger’s PML absorbing boundary condition for FDTD meshes // IEEE Microw. Wirel. Comp. Lett. 2003. — Vol. 13. — Pp. 348−350.
- J. A. Roden, S. D. Gedney. Convolutional PML (CPML): An efficient FDTD implementation of the CFS-PML for arbitrary media // Microw. Opt. Technol. Lett. 2000. — Dec. — Vol. 27, no. 5. — Pp. 334−339.
- S. A. Cummer. A simple, nearly perfectly matched layer for general electromagnetic media // IEEE Microw. Wirel. Lett. — 2003.— Vol. 13, no. 3. Pp. 128−130.
- J.-P. Berenger. On the reflection from Cummer’s nearly perfectly matched layer // IEEE Microw. Wirel. Lett. 2004. — Vol. 14, no. 7. — Pp. 334−336.
- W. Ни, A. Cummer. The nearly perfectly matched layer is a perfectly matched layer // Ant Wirel. Propagat. Lett. — 2004. — Vol. 3.
- S. D. Gedney. An anisotropic perfectly matched layer-absorbing medium for the truncation of FDTD lattices // IEEE Trans. Ant. Propagat. — 1996.— Vol. 44. Pp. 1630−1639.
- Закиров А.В., Левченко В. Д. Подбор оптимальных параметров идеально-согласованного слоя для задач нанооптики // Математическое Моделирование. 2011. — Т. 23, № 8. — С. 55−64.
- Seunghwan Kim, Jaehoon Choi. Optimal design of PML absorbing boundary condition for improving wide-angle reflection performance // Electronics Lett. 2004. — Vol. 40, no. 2. — Pp. 104−106.
- S.C. Winton, C.M. Rappaport. Specifying PML conductivities by considering numerical reflection dependencies // IEEE Trans, on Ant. and Propagat. — 2000.- Vol. 48, no. 7.- Pp. 1055−1063.
- Jinyuan Fang, Zhonghua Wu. Closed-form expression of numerical reflection coefficient at PML interfaces and optimization of PML performance // IEEE Microw. Guid Wave Lett. 1996. — Vol. 6, no. 9. — Pp. 332−334.
- Левченко Д.Г., Левченко В. Д., Закиров А. В. Динамическое полноволновое моделирование распространения штормовых микросейсм в океанической среде // Океанология. — 2011. — Т. 51, № 4. — С. 723−733.
- Левченко Д.Г., Левченко В. Д., Закиров A.B. Динамическое моделирование распространения низкочастотных сейсмоакустических полей в океанической среде // Доклады Академии наук. — 2010.— Т. 435, № 4.— С. 544−547.
- Левченко В.Д., Змиевская Г. И., Бондарева А. Л., Закиров A.B. Моделирование задач нанофотоники и получения нанопленок: кинетический код LRnLA/nano // Прикладная физика. — 2012. — № 3. — С. 9−18.
- Закиров A.B., Левченко В. Д. Эффективный алгоритм для трехмерного моделирования распространения электромагнитных волн в фотонных кристаллах // Препринт / ИПМ. — 2008. — № 21. — С. 20.
- Закиров A.B., Левченко В. Д. Реализация высокоэффективного кода для трехмерного моделирования эволюции электромагнитного поля в актуальных задачах электродинамики // Препринт / ИПМ. — 2009. — № 28. С. 20.
- Zakirov A.V., Levchenko V.D. The Effective 3D Modeling of Electromagnetic Waves' Evolution in Photonic Crystals and Metamaterials // PIERS Proceedings, Moscow, Russia. — 2009.— Pp. 580−584.
- Закиров A.В., Левченко В. Д. Трехмерное моделирование эволюции во времени электромагнитного поля в актуальных задачах нанооптики // Сборник трудов конференции «Фундаментальные Проблемы Оптики» / ИТМО С.-Петербург, 2010. — С. 424.
- Дж. Э. Уайт. Возбуждение и распространение сейсмических волн. — Москва: Недра, 1986. С. 263.
- Masahiro Sato. Finite-Difference Time-Domain Numerical Analysis of Elastic Wave Fields Using both Elastic and Velocity Potential Variables // Jpn. J. Appl. Phys. — 2006. — Vol. 45, no. 5B.- Pp. 4453−4461.
- A. R. Levander. Fourth-order finite-difference P-SV seismograms // Geophysics. — 1988. — Vol. 53, no. 11.- Pp. 1425−1436.
- Дж. Слэтер. Диэлектрики, Полупроводники, Металлы. — Москва: Мир, 1969.
- Т. О. Korner, W. Fichtner. Auxiliary differential equation: efficient implementation in the finite-difference time-domain method // Opt. Lett. — 1997. Vol. 22, no. 21. — Pp. 1586−1588.
- A. Deinega, J. Sajeev. Effective optical response of silicon to sunlight in the finite-difference time-domain method // Opt. Lett. — 2012. — Vol. 37, no. 1.- Pp. 112−114.
- В. Г. Веселаго. Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ей//// УФН. 1967. — Т. 92, № 7. — С. 517.
- К. R. Umashankar, A. Taflove. A novel method to analyze electromagnetic scattering of complex objects // IEEE Trans, on Electromagnetic Compatibility. 1982. — Vol. 24, no. 4. — Pp. 397−405.
- Matteo Frigo, Volker Strumpen. The memory behavior of cache oblivious stencil computations // The Journal of Supercomputing. — 2007. — Vol. 39, no. 2.- Pp. 93−112.
- G. M. Morton. A computer Oriented Geodetic Data Base and a New Technique in File Sequencing: Tech. rep. — Ottawa, Canada: IBM Ltd., 1966.
- Christoph Lameter. Local and Remote Memory: Memory in a Linux/NUMA System. — 2006.—June 20th. http://de.rpmfind.net/pub/mirror/ftp. kernel.org/people/christoph/pmig/numamemory.pdf.
- Страуструп Б. Язык программирования С++. — Москва: Бином, 2011.- С. 1136.
- Г. Россум, Ф. Л. Дж. Дрейк, Откидан Д. С. Язык программирования Python.-2001.-С. 454.
- AMD. Performance Guidelines for AMD Athlon 64 and AMD Opteron ccNUMA Multiprocessor Systems. Application Note 40 555. — 2006. — June, http://support.amd.com/us/ProcessorTechDocs/40 555.pdf.
- Intel.— Intel 64 and IA-32 Architectures Developer’s Manual, 2012.— August.
- F. Sturm. Numerical study of broadband sound pulse propagation in three dimensional oceanic waveguides // J AS A. — 2005.— Vol. 117, no. 3.— Pp. 1058−1079.
- T. W. Yudichak, G. S. Royal, D. P. Knobles et al. Broadband modeling of downslope propagation in a penetrable wedge / / J ASA. — 2006. — Vol. 119, no. 1. Pp. 143−152.
- Левченко Д. Г. Регистрация широкополосных сейсмических сигналов и возможных предвестников сильных землетрясений на морском дне. — Москва: Научный мир, 2005. — С. 240.
- ИЗ. Webb S. С. The equilibrium oceanic microseism spectrum // JASA.— 1992.- Vol. 92, no. 4.- Pp. 2141−2157.
- И. Толстой, К. С. Клей. Акустика океана. — М.: Мир, 1969. — С. 300.
- F. Press, М. Ewing. A theory of microseisms with geologic applications // Trans. Am. Geoph. Un. 1948. — Vol. 29, no. 3. — Pp. 163−174.
- JI. Д. Ландау, E. M. Лифшиц. Теоретическая физика. Теория упругости. М.: Наука, 1987. — С. 245.
- Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. Теоретическая физика. Гидродинамика. — М.: Наука, 1988.-С. 720.
- А. Е. Ляв. Математическая теория упругости. — M.-JL: ОНТИ, 1935.— С. 674.
- Справочник геофизика. — М.: Недра, 1966. — Т. 4. — С. 750.
- Hans Petter Langtangen. Python Scripting for Computational Science.— Springer, 2008. P. 750.
- Stefan Behnel, Robert Bradshaw, Craig Citro et al. Cython: The Best of Both Worlds // Computing in Science and Engineering. — 2011. — Vol. 13, no. 2. Pp. 31−39.
- Ludwig Hahne. — Empirical Comparison of SCons and GNU Make.— Technical University Dresden, 2008. —August 21. http: //www. genode-labs. com/publicat ions/scons-vs-make-2008.pdf.