The computational efficiency of the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method can be significantly reduced by the presence of complex objects with fine features. Small geometrical details impose a fine mesh and a reduced time step, significantly increasing computational cost. Model order reduction has been proposed as a systematic way to generate compact models for complex objects, that one can then instantiate into a main FDTD mesh. However, the stability of FDTD with embedded reduced models remains an open problem. We propose a systematic method to generate reduced models for FDTD domains, and embed them into a main FDTD mesh with guaranteed stability up to the Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) limit of the fine mesh. With a simple perturbation technique, the CFL of the whole scheme can be further extended beyond the fine grid's CFL limit. Reduced models can be created for arbitrary domains containing inhomogeneous and lossy materials. Numerical tests confirm the stability of the proposed method, and its potential to accelerate multiscale FDTD simulations.


翻译:细几何细节设置了一个精细的网格和缩短时间步骤,大大增加了计算成本。示范订单的减少被提议作为一种系统的方法,为复杂的物体生成紧凑模型,然后可以立即形成一个主要的FDTD网格。然而,FDTD以嵌入的减少模型的稳定性仍是一个开放的问题。我们提出了一个系统的方法,为FDTD网域生成减少的模型,并将其嵌入一个有保证稳定性的FDTD网格中,直到精细网格的Curant-Friedrichs-Lewy(CFL)限制为止。通过简单的扰动技术,整个计划的CFLF可以进一步扩展至精细网格的CFL限制之外。可以为含有无血源和损失材料的任意区域创建简化模型。数字测试证实了拟议方法的稳定性及其加速多尺度FDTD模拟的潜力。

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