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Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Eine Detailaufnahme eines Lasers im Labor in grünen Farben. © Nikolas Golsch​/​TU Dortmund

Numerische Modellierung und Analyse von Schaltungen der THz-Technik und Photonik

Der Entwurf und die Analyse von Komponenten der THz-Technik und Photonik erfordern hochentwickelte Entwurfsmethoden zur elektromagnetischen Feldberechnung. Vor allem Zeitbereichsverfahren erlauben im Gegensatz zu Frequenzbereichsverfahren die inhärente Erfassung von Reflexionen und ermöglichen eine umfassende Analyse auch unter Berücksichtigung von Materialeigenschaften. Die Analyse des auftretenden Propagators im Eigenwertraum ergibt, dass mit zunehmender Feinheit der räumlichen Diskretisierung die erforderliche Zeitschrittweite herabzusetzen ist. Die Rechenzeit steigt somit überproportional an und ein Entwurf ist nicht zeiteffizient möglich. 

In diesem DFG-Vorhaben (Schu 1016/6-1) sollen Me­tho­den mit dem Ziel einer deutlichen Steigerung der Rechenzeiteffizienz und Er­hö­hung der Zeitschrittweite ent­wickelt wer­den. Die Me­tho­den sollen auf einer Approximation des Propagators im Eigenwertraum auf­bau­en. Dabei soll eine Minimalapproximation des den Propagators beschreibenden Polynoms erzielt wer­den. Die Me­tho­den sollen unabhängig von dem jeweils gewählten räumlichen Approximationsverfahren sein und an Bauelementen verifiziert wer­den.

  • Ent­wick­lung von expliziten Al­go­rith­men;
  • Effiziente Approximation von Propagatoren mit Hilfe von Faber-Polynomen;
  • Parallelisierung von Al­go­rith­men unter An­wen­dung von Graphik- und Mehrkernprozessoren.
  • W. Plotnikov, B. L. Inci and D. Schulz, "Investigation of conformal Mappings for the Approximation of Faber Polynomial based Propagators," 2022 IEEE MTT-S International Conference on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization (NEMO), Limoges, France, 2022, pp. 1-3, doi: 10.1109/NEMO51452.2022.10038962
     
  • W. Plotnikov, T. Murawski and D. Schulz, "Local Propagators utilizing Faber Polynomial based Expansions," 2022 IEEE MTT-S International Conference on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization (NEMO), Limoges, France, 2022, pp. 1-3, doi: 10.1109/NEMO51452.2022.10038518
     
  • H. Kleene, T. Luong, D. Schulz, "Faber Polynomial Based Approximations of Nonlinear Integrators for Electrodynamics", in IEEE Journal on Multiscale and Multiphysics Computational Techniques, early access, doi: 10.1109/JMMCT.2021.3062459, 2021
  • H. Kleene and D. Schulz, "Explicit Wideband Time-Domain Beam Propagation Algorithm Based on Faber Polynomials", IEEE Journal on Multiscale and Multiphysics Computational Techniques, vol. 4, pp. 282-289, doi: 10.1109/JMMCT.2019.2954943, 2019
  • H. Kleene and D. Schulz, "Assessment of a Time Domain Beam Propagation Algorithm Based on Faber Polynomial Expansions ", Angenommen: IEEE MTT-S Conference on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization, May 2019
  • Kleene, H., Schulz, D.; "Complex envelope Faber polynomial method for the solution of Maxwell’s equations",Opt Quant Electron 51, 381, doi.org/10.1007/s11082-019-2099-y , 2019
  • H. Kleene and D. Schulz, "Assessment of a Time Domain Beam Propagation Algorithm Based on Faber Polynomial Expansions ", Angenommen: IEEE MTT-S Conference on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization, May 2019
  • H. Kleene and D. Schulz, "Time Domain Solution of Maxwell’s Equations using Faber Polynomials ", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 66, no. 11, pp. 6202-6208, 2018
  • H. Kleene and D. Schulz, "On the Evaluation of Sources in Highly Accurate Time Domain Simulations on the Basis of Faber Polynomials", Progress in Electromagnetics Research 2018, Toyama, Japan, July 2018
  • H. Kleene and D. Schulz, "Concept of a Complex Envelope Faber PolynomialApproach for the Solution of Maxwell's Equations",IEEE MTT-S International Conference on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization, Reykjavik, Island, Aug. 2018
  • H. Kleene, D. Schulz, "Efficient Electromagnetic Time Domain Si­mu­la­tion on the Basis of Faber Polynomial Expansions", 11th Annual Meeting Photonic Devices, February 2018, Berlin, Germany
  • C. Spenner, H. Kleene, P. Sarapukdee, K. Kallis, D. Schulz, "Analysis of SiO2- and MgF2-Based Surface Plasmon Resonance Sensors", 26th International workshop on optical wave and waveguide theory and numerical modelling OWTNM, 2018, Bad Sassendorf, Germany
  • H. Kleene, D. Schulz, "An Assessment of Faber Polynomial Expansions for the Time Domain Solution of Maxwell’s equations", 26th International workshop on optical wave and waveguide theory and numerical modelling OWTNM, 2018, Bad Sassendorf, Germany
  • H. Kleene, D. Schulz, "Electromagnetic time domain simulation of photonic devices: Concept to enable larger time steps for explicit methods", Matheon workshop on photonic devices, February 2017, Berlin, Germany.
  • H. Kleene, D. Schulz, "Investigation of a Unitary Explicit Algorithm for Electromagnetic Time Domain Simulations", 25th International workshop on optical wave and waveguide theory and numerical modelling, 2017, Eindhoven, Netherlands.
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