并行fdtd在光子晶体和生物组织分析中的应用

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1、南京农业大学硕士学位论文并行FDTD在光子晶体和生物组织分析中的应用姓名：许丹丹申请学位级别：硕士专业：生物物理学指导教师：杨宏伟201012摘要并行FDTD在光子晶体和生物组织分析中的应用要随着计算机技术的飞速发展，时域有限差分算法伊DⅡ))已广泛应用于波导、同轴线、微带天线的研究中。FDTD在进行网格离散时需要满足数值色散和对离散问隔的要求，这使得FDTD法在模拟电大尺寸和复杂结构物体问题的时候需划分数量庞大的网格，进而带来计算耗时过长和单机内存难以提供足够的存储空间的难题，在此情况采用并行舯方法是解决FDTD方法运算效率低、单机内存消耗大的重要途径。本文首先介绍了并行技术、M

2、PIO‰ssageP嬲sil玛№￡白ce)消息传递机制。在此基础上，在实验室局域网环境下，建立一个基于willdowsⅫ系统的并行程序设计及运行环境，所使用的编程语言为FORTRAN90。在并行环境的基础上，通过区域分割，将FDTD计算区域分割成多个子域分别进行计算，各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行切向场值的传递，从而实现FDTD并行计算，进而实现了一维、二维、三维FDTD并行算法。本论文第四章介绍了四种计算色散介质的FDTD算法的改进算法，通过计算一维非磁化冷等离子体平板的反射系数、透射系数和对等离子体特性的模拟，验证了并行环境和四种FI)TD并行算法的有效性。并将这四种并

3、行FDⅡ)方法的双机加速比和并行效率进行了比较，进而得出：频依时域有限差分方法相对其他三种方法双机并行时间短，而传统的z变换法并行效率高。接着将几种并行算法分别用在左手材料、等离子体光子晶体特性的模拟上．本论文第五章在对二维并行算法的有效性进行验证的基础上，仔细研究了不同计算复杂度和节点数对并行效率、并行加速比的影响。然后将二维并行FD]巾算法用于模拟二维周期性结构光子晶体，并结合生物组织模拟人体头部暴露在频率900MH【z和1800Ⅻz下的SAR值分布。论文最后对三维并行FDTD算法进行了验证，为进一步运用并行FDTD方法进行电大尺寸、大周期结构复杂电磁问题数值模拟计算提供了一条

4、有效途径．关键词：并行时域有限差分方法；MPI；光子晶体；加速比；并行效率ABSTRACTSTUDYOFPARAI，LELFDTDALGORITHMANDAPPLICATIoNINPHOToNICCRYSTALANDBIoTICTISSUEABSTRAC!，IlWl也也edevelopment0fcom】脚，H)TDhaSbe既丽dely璐cdiIlal】咀oSteve巧area0fcom】删撕0nalelec仃c眦a驴舐cs，includi】唱wlvegllide，co戤iallimandmicros仃ip锄m洳1a．Ho、Ⅳever，itrequi他sala曙e锄ountofm

5、锄。巧andalongnm1timetoachieveahigh跚pu：tationalp陀cisionduet0也edirectdisCret妇ionofMaxwell’seq嘶0nsinsp∞e锄dtime粕dthes撕s缸嫩0n0ft11eStabn时con跚。玛especiallym血gaIlelectricallyla玛ep∞blemsinlula：tion．nmdlelprocessingh：玛b‘》c0幔e0neofnledominatil坞techIliquest0e伍cientlyS01VeelectricallyLa玛e即bl锄s．Parallelmgo—t11

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