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层状介质中准周期2D-Helmholtz散射的快速求解器。 (英语) Zbl 1486.65274号

摘要:我们提出了一种快速谱Galerkin格式,用于离散多层周期结构或光栅中二维亥姆霍兹传输问题产生的边界积分方程。采用适当的参数化Fourier基并排除截止频率(也称为Rayleigh-Wood频率),我们严格地建立了连续和离散问题的适定性,并证明了该方案的超代数误差收敛速度。通过几个数值例子,我们证实了我们的发现,并显示出与所获得的性能相比具有竞争力通过Nyström方法。

MSC公司:

65号35 偏微分方程边值问题的谱、配置及相关方法
65号38 偏微分方程边值问题的边界元方法
65奈拉 涉及偏微分方程的边值问题的误差界
45英里15 积分方程的周期解
78A45型 衍射、散射
78A48型 复合介质;光学和电磁理论中的随机介质
65兰特 积分方程的数值解法
35J05型 拉普拉斯算子、亥姆霍兹方程(约化波动方程)、泊松方程
35A01型 偏微分方程的存在性问题:全局存在、局部存在、不存在
35A02型 偏微分方程的唯一性问题:全局唯一性、局部唯一性、非唯一性

软件:

Matlab公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] M.Abramowitz和I.A.Stegun,《数学函数手册:公式、图形和数学表》。收录于:第55卷Courier Corporation(1965)·Zbl 0171.38503号
[2] H.Ammari,使用表面辐射条件方法,高频下薄周期层对波的散射。IMA J.应用。数学。60 (1998) 199-214. ·Zbl 0911.35109号
[3] H.Ammari和J.C.Nédélec,手性光栅衍射分析。收录:光学科学中的数学建模。SIAM(2001)179-206·Zbl 0995.35069号
[4] H.Ammari和G.Bao,周期性手性结构散射的有限元和边界元耦合方法。J.计算。数学。26 (2008) 261-283. ·Zbl 1174.78002号
[5] R.Aylwin、C.Jerez-Hanckes和J.Pinto,关于亥姆霍兹方程的拟周期边界积分算子的性质。积分Equ。操作。理论92(2020)17·Zbl 1436.31004号
[6] R.Aylwin、G.Silva-Oelker、C.Jerez-Hanckes和P.Fay,用完美导电光栅实现高衍射效率的优化方法。J.选项。《美国法典》第37卷(2020年)第1316-1326页。
[7] G.Bao,双周期结构中麦克斯韦方程的变分逼近。SIAM J.应用。数学。57 (1997) 364-381. ·Zbl 0872.65108号
[8] G.Bao,光学和电磁学建模的最新数学研究。J.计算。申请。数学。22 (2004) 148-155. ·Zbl 1049.78006号
[9] G.Bao和D.C.Dobson,关于双周期结构的散射。程序。美国数学。Soc.128(2000)2715-2723·Zbl 1025.78007号
[10] G.Bao,D.C.Dobson和J.A.Cox,严格光栅理论中的数学研究。J.选项。《美国法典》第12卷(1995年)第1029-1042页。
[11] A.Barnett和L.Greengard,二维拟周期散射问题的新积分表示。位数字。数学。51 (2011) 67-90. ·兹比尔1214.65061
[12] Y.Boubendir、V.Dominguez和C.Turc,二维亥姆霍兹传输问题积分方程公式解的高阶Nyström离散。IMA J.数字。分析。36 (2014). ·兹比尔1425.65210
[13] O.P.Bruno,M.C.Haslam,周期表面散射的高效高阶评估:深光栅、高频和掠入射。JOSA A 26(2009)658-668。
[14] O.P.Bruno和B.Delourme,全谱快速收敛的二维准周期格林函数,包括伍德异常。J.计算。物理学。262 (2014) 262-290. ·Zbl 1349.74356号
[15] O.P.Bruno和A.G.Fernandez-Lado,圆柱阵列散射的快速收敛准周期格林函数,包括伍德异常。程序。R.Soc.A 473(2017)20160802·Zbl 1404.78024号
[16] O.P.Bruno,S.P.Shipman,C.Turc和S.Venakides,三维空间中双周期格林函数的超代数收敛光滑窗口格点和。程序。R.Soc.A 472(2016)20160255·Zbl 1371.78330号
[17] O.P.Bruno、S.P.Shipman、C.Turc和V.Stephanos,《全谱三维准周期位移格林函数,包括伍德异常》,Proc。R.Soc.A 473(2017)20170242·Zbl 1404.76188号
[18] 陈永斌,张振中,热光伏散热器用钨复合光栅的设计。选择。Commun公司。269 (2007) 411-417.
[19] M.H.Cho和A.H.Barnett,具有大量层的准周期散射问题的鲁棒快速直接积分方程求解器。选择。Express 23(2015)1775-1799。
[20] D.Colton和R.Kress,散射理论中的积分方程方法。工业和应用数学学会,宾夕法尼亚州费城(2013)·Zbl 1291.35003号
[21] D.C.Dobson和A.Friedman,双周期结构中的时谐Maxwell方程。数学杂志。分析。申请。166 (1992) 507-528. ·Zbl 0759.35046号
[22] J.Elschner和G.Schmidt,周期结构中的衍射和二元光栅的优化设计。第一部分:直接问题和梯度公式。数学。方法应用。科学。21 (1998) 1297-1342. ·Zbl 0913.65121号
[23] I.G.Graham和I.H.Sloan,光滑闭曲面上Helmholtz问题的全离散谱边界积分方法ℝ^3.数字。数学。92 (2002) 289-323. ·兹比尔1018.65139
[24] L.Greengard、K.L.Ho和J.Y.Lee,二维多材料界面周期结构散射的快速直接求解器。J.计算。物理学。258 (2014) 738-751. ·兹比尔1349.74353
[25] F.Q.Hu,二维亥姆霍兹方程的谱边界积分方程方法。J.计算。物理学。120 (1995) 340-347. ·兹伯利0840.65115
[26] C.Jerez-Hanckes和J.Pinto,多开弧上Helmholtz和Laplace问题的高阶Galerkin方法。ESAIM:M2AN 54(2020)975-2009·Zbl 07357918号
[27] A.Kirsch,周期结构衍射。在:数学物理中的反问题。斯普林格(1993)87-102·Zbl 0924.35013号
[28] R.Kress,《线性积分方程》,第3版。摘自:《应用数学科学》(2014)·Zbl 1328.45001号
[29] C.M.Linton,周期域中二维亥姆霍兹方程的格林函数。工程数学杂志。33 (1998) 377-401. ·Zbl 0922.76274号
[30] Y.Liu和A.Barnett,轴对称物体双周期阵列声散射的有效数值解。J.计算。物理学。324 (2016) 226-245. ·Zbl 1360.65297号
[31] E.G.Loewen和E.Popov,衍射光栅及其应用。CRC出版社(2018)。
[32] W.C.H.McLean,强椭圆系统和边界积分方程。剑桥大学出版社(2000)·Zbl 0948.35001号
[33] Y.Nakata和M.Koshiba,槽型介质和金属光栅平面波衍射的边界元分析。JOSA A 7(1990)1494-1502。
[34] J.C.Nédélec和F.Starling,时间调和麦克斯韦方程准周期衍射问题中的积分方程方法。SIAM J.数学。分析。22 (1991) 1679-1701. ·Zbl 0756.35004号
[35] D.Nguyen,周期结构直接和反向散射的光谱方法。埃科尔理工学院博士论文(2012年)。
[36] E.Popov,《光栅:理论和数值应用》。波波夫,菲涅尔研究所(2012)。
[37] J.Saranen和G.Vainikko,带数值逼近的周期积分和伪微分方程。施普林格科学与商业媒体(2013)·Zbl 0991.65125号
[38] S.A.Sauter和C.Schwab,边界元方法。收录于:《计算数学史普林格系列》第39卷(2011年)·Zbl 1215.65183号
[39] G.Silva、C.Jerez Hankes和P.Fay,高温钨铪优化了用于热光电应用的选择性热发射器。J.数量。光谱学。辐射。Transf公司。231(2019)61-68。
[40] G.Silva-Oelker、R.Aylwin、C.Jerez-Hanckes和P.Fay,《量化随机表面扰动对反射光栅的影响》。IEEE传输。天线传播。66 (2018) 838-847. ·Zbl 1391.78024号
[41] F.Starling和A.S.Bonnet-Bendhia,电磁光栅导波和衍射问题的非唯一性示例。数学。方法应用。科学。17 (1994) 305-338. ·Zbl 0817.35109号
[42] O.Steinbach,椭圆边值问题的数值逼近方法。施普林格科学与商业媒体(2007)。
[43] M.Taibleson,有界变差函数的傅里叶系数。收录:第18卷Proc。阿默尔。数学。Soc.(1967)·Zbl 0181.34004号
[44] Trefethen法律公告,Matlab中的光谱方法。In:美国工业和应用数学学会(2000年)·Zbl 0953.68643号
[45] B.Zhang和S.N.Chandler-Wilde,无限粗糙表面散射的唯一性结果。SIAM J.应用。数学。58 (1998) 1774-1790. ·Zbl 0908.35091号
[46] Y.Zhang和A.Gillman,二维准周期多层介质散射问题的快速直接求解器。预印arXiv:1907.06223(2019)·Zbl 1461.65255号
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