In this work we present an adaptive boundary element method for computing the electromagnetic response of wave interactions in hyperbolic metamaterials. One unique feature of hyperbolic metamaterial is the strongly directional wave in its propagating cone, which induces sharp transition for the solution of the integral equation across the cone boundary when wave starts to decay or grow exponentially. In order to avoid a global refined mesh over the whole boundary, we employ a two-level a posteriori error estimator and an adaptive mesh refinement procedure to resolve the singularity locally for the solution of the integral equation. Such an adaptive procedure allows for the reduction of the degree of freedom significantly for the integral equation solver while achieving desired accuracy for the solution. In addition, to resolve the fast transition of the fundamental solution and its derivatives accurately across the propagation cone boundary, adaptive numerical quadrature rules are applied to evaluate the integrals for the stiff matrices. Finally, in order to formulate the integral equations over the boundary, we also derive the limits of layer potentials and their derivatives in the hyperbolic media when the target points approach the boundary.


翻译:在这项工作中,我们提出了一个适应性边界要素方法,用于计算波在超曲元材料中相互作用的电磁反应。超曲元材料的一个独特特征是其传播锥体的强烈方向波,当波开始衰减或成指数增长时,这种波的强烈方向波使锥形边界整体方程的解决方案发生急剧转变。为了避免全球细化的网格覆盖整个边界,我们采用了一个两级的事后误差估计器和适应性网格改进程序,以解决当地解决整体方程的奇异性。这种适应性程序可以大大降低整体方程求解器的自由度,同时实现所期望的解决方案的准确性。此外,为了解决基本方程及其衍生物在传播锥形边界之间的快速过渡及其衍生物的准确性,还应用了适应性数字矩形规则来评估坚固矩阵的构件。最后,为了在边界上制定整体方程式,我们还从目标点接近边界时,在双叶介质介质媒体中得出了层潜力及其衍生物的界限。

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