三维周期结构中电磁散射问题的数值方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11671099
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    48.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0504.微分方程数值解
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

With the rapid development of the nano-electronic engineering, many three dimensional nano-components are developed for the design of nano-electronic devices, for instance, the nano-spheres and nano-triangles, etc. For more and more complicated nano-device with periodic structure models, the fast and accurate numerical algorithms for the calculation of the electromagnetic scattered fields are in great need. In this research project, we try our efforts on conducting the efficient algorithms for electromagnetic scattering problems from general three dimensional periodic structures. First, we consider general three dimensional homogeneous medium unit cell in the periodic structure, and then construct the mapping operator by the surface integral equation method. Second, for the layered medium periodic structures with metallic and dielectric material, we construct the integral equation operator marching method to manipulate the propagation of electromagnetic waves in the layered medium structures. Then, from the three dimensional integral equation operator marching method, we construct the high accurate numerical discretization scheme. From the calculation of unknowns of surface electric currents and magnetic currents, we simulate the propagation of electromagnetic wave in the layered medium. On invoking the integral equation operator marching method, we efficiently obtain the electromagnetic fields results from the large scale three dimensional nano-periodic electronic devices with millions of discretization unknowns, and thus provide an efficient algorithm for the design and optimization of the devices. Meanwhile, we explain and analyze the scattered fields from the periodic structure with the novelty experimental physical phenomenon, for instance, the surface plasmonic phenomenon from metallic material. Also, the applicant has studied and done research at department of mathematics from bachelor to PhD period.
随着纳米光电工业的飞速发展,众多三维纳米元件被用于设计光电器件,如纳米球和纳米三角形等。面对日益复杂的光电器件中出现的周期元件模型,快速和高精度的数值方法用来模拟散射场的需求急剧提高。本项目致力于三维周期结构材料电磁散射问题的高性能算法研究。首先,考虑周期结构中出现的三维任意齐次介质单元,基于表面积分方程方法建立映射算子。其次,针对周期分层结构金属和绝缘体材料,建立三维表面积分方程映射算子推进算法。进而,建立三维积分方程映射算子推进算法的高精度数值离散格式。通过计算分片齐次区域的表面电流和磁流未知量,数值模拟电磁场在分层介质中的传播。基于积分方程的映射算子推进方法,高精度计算具有百万离散未知量的三维周期光电器件散射场,从而为光电器件设计提供高性能算法。同时,解释和分析周期材料的一些新颖实验物理现象,如金属材料的表面等离子激元现象。另外,申请人自本科至博士期间,均在数学系从事学习和研究工作。

结项摘要

随着纳米光电工业的飞速发展,众多三维纳米元件被用于设计光电器件,如纳米球和纳米三角形等。面对日益复杂的光电器件中出现的周期元件模型,快速和高精度的数值方法用来模拟散射场的需求急剧提高。本项目致力于三维周期结构材料电磁散射问题的高性能算法研究。首先,考虑周期结构中出现的三维任意齐次介质单元,基于表面积分方程方法建立映射算子。其次,针对周期分层结构金属和绝缘体材料,建立三维表面积分方程映射算子推进算法。进而,建立三维积分方程映射算子推进算法的高精度数值离散格式。通过计算分片齐次区域的表面电流和磁流未知量,数值模拟电磁场在分层介质中的传播。基于积分方程的映射算子推进方法,高精度计算具有百万离散未知量的三维周期光电器件散射场,从而为光电器件设计提供高性能算法。同时,解释和分析周期材料的一些新颖实验物理现象,如金属材料的表面等离子激元现象。另外,申请人自本科至博士期间,均在数学系从事学习和研究工作。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
The Fast Physical Optics Method on Calculating the Scattered Fields From Electrically Large Scatterers
计算电大散射体散射场的快速物理光学方法
  • DOI:
    10.1109/tap.2019.2955146
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Antennas and Propagation
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Nan Zhang;Yu Mao Wu;Jun Hu;Ya-Qiu Jin
  • 通讯作者:
    Ya-Qiu Jin
Multilevel Second-Order Physical Optics Method for Calculating the High-Frequency Scattered Fields
计算高频散射场的多级二阶物理光学方法
  • DOI:
    10.1109/lawp.2020.2975242
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Nan Zhang;Yu Mao Wu;Ya-Qiu Jin
  • 通讯作者:
    Ya-Qiu Jin
An Efficient Method for Estimating the Electromagnetic Wave Propagation in Three Dimensional Optical Waveguide Structures
一种估算三维光波导结构中电磁波传播的有效方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Communications in Computational Physics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wu Yu Mao;Lou Xin;Jin Ya Qiu;Hou Zhao Guo;Xiao Li Zhi;Zou Ning;Zhou Hai Jing;Liu Yang
  • 通讯作者:
    Liu Yang
The Two-Dimensional Numerical Steepest Descent Path Method for Calculating the Physical Optics Scattered Fields From Different Quadratic Patches
计算不同二次面片物理光学散射场的二维数值最速下降路径法
  • DOI:
    10.1109/tap.2019.2935124
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Antennas and Propagation
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Nan Zhang;Yu Mao Wu;Ya-Qiu Jin;Jun Hu;Hai-Jing Zhou;Yang Liu
  • 通讯作者:
    Yang Liu

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其他文献

电大凸目标电磁散射的数值路径变换算法研究
  • DOI:
    10.13443/j.cjors.2017012201
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    电波科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨杨;朱劼;邹宁;张楠;杨丹枫;吴语茂
  • 通讯作者:
    吴语茂
矩量法-物理光学混合算法计算多尺度复合目标电磁散射场
  • DOI:
    10.13443/j.cjors.2018083101
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    电波科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴安雯;吴语茂;杨杨;张楠
  • 通讯作者:
    张楠
计算电大尺寸目标物理光学散射场的快速算法
  • DOI:
    10.13443/j.cjors.2018042101
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    电波科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张楠;吴语茂
  • 通讯作者:
    吴语茂
光滑曲面上测地线射线寻迹算法及爬行波计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    太赫兹科学与电子信息学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邹宁;杨杨;吴语茂
  • 通讯作者:
    吴语茂

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吴语茂的其他基金

计算电磁学
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    120 万元
  • 项目类别:
    优秀青年科学基金项目
基于数值路径变换技术的高频电磁建模及散射场的高性能算法
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    65 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于数值最速下降路径方法计算物理光学散射场的高效算法研究
  • 批准号:
    61401103
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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