Zastosowanie symulacji metodą różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD) w kształceniu inżynierów w zakresie optyki i elektrodynamiki

• Autorzy: Kraszewski M.

Warianty tytułu

EN

Application of finite difference time domain (FDTD) simulations in engineering education in optics and electrodynamic

• Konferencja: Seminarium ZASTOSOWANIE KOMPUTERÓW W NAUCE I TECHNICE 2013 (XXIII; 2013 ; Gdańsk, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zrozumienie zjawisk związanych z propagacją fal elektromagnetycznych stanowi kluczowy etap kształcenia inżynierów w dziedzinach związanych z optyką, elektroniką oraz telekomunikacją. Oprócz opanowania aparatu matematycznego oraz metod projektowych istotne jest intuicyjne zrozumienie treści przekazywanych podczas kursów optyki i elektrodynamiki. W realizacji tego celu praktyczną pomoc dydaktyczną stanowić mogą wizualizacje i symulacje zjawisk falowych. W poniższym referacie przedstawiono sposób rozwiązywania równań Maxwella metodą różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD - Finite Difference Time Domain). O jej atrakcyjności w zastosowaniach dydaktycznych stanowi prostota implementacji oraz możliwość wizualizacji zjawisk propagacji fal elektromagnetycznych. W tekście przedstawiono podstawowe algorytmy stosowane w opisywanej metodzie oraz propozycje opartych na niej form kształcenia.

EN

Understanding physical phenomena of electromagnetic waves propagation is a key issue in training engineers specialized in optics, electronics and telecommunications. In addition to mastering necessary mathematical tools, it is important to understand knowledge from optics and electrodynamics courses intuitively. Visualizations and simulations of wave propagation phenomena can be helpful in achieving this goal. In this paper, author has presented the method of solving Maxwell equations using Finite Difference Time Domain (FDTD) algorithm. It is a numerical method, which is simple in implementation, that allows preparing visualizations of electromagnetic waves propagation. Author has presented basic algorithms used in the described method and examples of education form , which are based on it.

Słowa kluczowe

PL

FDTD; metody numeryczne; elektrodynamika

EN

FDTD; numerical methods; electrodynamics

• Wydawca: Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
• Rocznik: 2013
• Tom: Nr 36
• Strony: 103--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Kraszewski M.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki, Katedra Metrologii i Optoelektroniki tel: [phone] fax: [phone]

Bibliografia

• 1. Morawski T., Gwarek W.: Pola i fale elektromagnetyczne, Warszawa WNT 2004, ISBN 9788320436419.
• 2. Inan U.S., Marshall R.A.: Numerical Electromagnetics: The FDTD Method, New York Cambridge University Press 2011, ISBN 978-0-521-19069-5
• 3. Taflove A., Hagness S.C.: Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method, Artech House 1995, ISBN 9781580538329
• 4. Yee K.: Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media, IEEE Transactions on Antennas and Propagation 14 (3), 1996, s. 302-307, ISSN 0018-926X
• 5. Yang F., Chen J., Qiang R., Elsherbeni A.: FDTD Analysis of Periodic Structures at Arbitrary Incidence Angles: A Simple and Efficient Implementation of the Periodic Boundary Conditions, IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium 2006, s. 2715-2718, 2006, ISBN 1-4244-0123-2
• 6. Dunn A., Richards-kortum R.: Three-Dimensional Computation of Light Scattering From Cells, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2 (4), 1996, ISSN 1077-260X
• 7. Yang P., Liou K.N.: Finite-difference time domain method for light scattering by small ice crystals in threedimensional space, Journal of Optical Society of America A, 13 (10), 1996, ISSN 1084-7529
• 8. Luebbers J., Kunz K.S., Chamberlin K.A.: And Interactive Demonstration of Electromagnetic Wave Propagation Using Time-Domain Finite Differences, IEEE Transactions on Education, 1 (33), 1990, ISSN 0018-9359
• 9. Frances J., Perez-Molina M., Bleda S., Fernandez E., Neipp C, Belendez A.: Educational Software for Interference and Optical Diffraction Analysis in Fresnel and Fraunhofer Regions Based on MATLAB GUIs and the FDTD Method, IEEE Transactions on Education, 55 (1), 2012, ISSN 0018-9359