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Dissertations / Theses on the topic 'FDTD simulations'
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Hågenvik, Hans Olaf. "FDTD simulations of novel gain media." Thesis, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Institutt for materialteknologi, 2014. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:no:ntnu:diva-26124.
Full textAbstract:
Fourier-Laplace analysis of gain media predicts the existence of novel types of media. In particular it predicts the existence of media refracting positively and negatively at the same time, so-called simultaneous refraction. The effect is analytically derived through deformation of the inverse Fourier-Laplace integration surface. The requirements, and possible problems, of such media are discussed. It is argued that this is a 2-dimensional effect, meaning side waves must be present for the effect to occur. For a medium to be simultaneous refracting it must have gain, and it is discussed how this gain can be minimized.A Finite Difference Time Domain (FDTD) method for dispersive Lorentz media was implemented in MATLAB. The program solves Maxwells equations numerically in the time domain, where the real physics happens. If the Fourier-Laplace theory predicts novel optical properties for a given $\epsmu$, the program can thus be used to simulate the actual response from a medium with permittivity and permeability $\epsilon(\omega)$ and $\mu(\omega)$. It can therefore be used to independently verify (or disprove) the results obtained using Fourier-Laplace theory.The FDTD-program was used to simulate various types of novel media. Simulation results showing the occurrence evanescent gain are presented. For media with large gain the program fails, due to artificial reflections caused by numerical errors are being amplified. The reflections were found to originate from the numerical precision of MATLAB, and it is therefore not much that can be done to prevent them from occurring.Infinite or semi-infinite gain media may involve instabilities, as the signal may propagate infinitely long. There are two types of instabilities, convective and absolute. A \emph{convective instability} is convected away. An \emph{absolute instability} grows with time, even at a fixed point in space. The deformation theory is used to explain the occurrence of such instabilities. Wave propagation in passive media are usually considered in the so called monochromatic and plane wave limits, meaning only a single frequency $\omegaobs$ and plane wave component $K_x$ is present. Physically these limits can never fully be reached. The monochromatic limit is approached by turning on a single frequency oscillation at $t=0$, and waiting a sufficiently long time $t\to\infty$. The plane wave limit is approximated by letting the source width $\sigma$ being infinitely large, $\sigma\to\infty$. The Fourier-Laplace theory is used to show that these limits do not necessarily exist in gain media, as instabilities may lead to diverging fields. Even for media where the monochromatic limit exists, it may for certain gain media take a very long time for the transients to die out. This fact is also seen in the simulations.
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GORODETSKY, DMITRY. "ACCELERATING EVOLUTION IN FDTD SIMULATIONS WITH DISTRIBUTED MODEL ORDER REDUCTION TECHNIQUES." University of Cincinnati / OhioLINK, 2006. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ucin1155768990.
Full text
3
Klaedtke, Andreas. "Spatio-temporal non-linear dynamics of lasing in micro-cavities full vectorial Maxwell-Bloch FDTD simulations /." [S.l. : s.n.], 2004. http://www.bsz-bw.de/cgi-bin/xvms.cgi?SWB12103645.
Full text
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Kim, Jae Hwan (Eric). "Finite-Difference Time-Domain (FDTD) simulations and fabrication of a Fabry-Perot cavity using photonic crystal arrays." Thesis, University of British Columbia, 2007. http://hdl.handle.net/2429/32578.
Full textAbstract:
In this thesis, Fabry-Perot (FP) cavity structures aimed at a 850nm wavelength are modeled and analyzed by Finite-Difference Time-Domain (FDTD) simulations, for the purpose of fabricating resonant cavity detectors and Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs). The structures are based on square-lattice photonic crystals.
In designing a VCSEL, different types of highly reflective mirrors such as GaAs/AlGaAs Distributed Bragg Reflectors (DBRs), and a GaAs-based Sub-Wavelength Grating (SWG) or a Photonic Crystal (Phc) Slab are used to form a FP cavity. FDTD phase analysis is implemented to estimate resonant conditions in a simple but very effective technique.
For the fabrication of a resonant cavity detector, square-lattice photonic crystal arrays are written by (1) Focused Ion Beam (FIB) and (2) e-beam lithography, followed by dry-etching. The quality of air holes, etching depths, and sidewalls are scrutinized by Scanning Electron Microscopy (SEM) imaging and Atomic Force Microscopy (AFM).
Post-patterning, a sacrificial layer is etched away by Buffered Oxide Etch (BOE) and a suspended photonic crystal membrane is released by Critical Point Drier (CPD).
The SWG and Phc slab used as one of the mirrors in the FP cavity structures are beneficial for achieving a compact-sized resonator, as well as forming multi-wavelength arrays, in which the resonance can be widely tuned by lithographically defined parameters (i.e., for the SWG: period and duty factor and for the Phc slab: lattice constant and radius of the air hole).Applied Science, Faculty of
Electrical and Computer Engineering, Department of
Graduate
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Törnqvist, Julia. "Electromagnetic Homogenization-simulations of Materials." Thesis, Uppsala universitet, Elektricitetslära, 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-395866.
Full textAbstract:
This thesis aims to determine the distribution of the relative permittivity for random mixtures of material using electromagnetic simulations. The algorithm used in the simulations is the FDTD method which solves Maxwell's equations numerically in the time-domain. The material is modeled as randomly shaped particles with radius 12 ± 10 micrometre in x- and y-direction and radius 3 ± 1 micrometre in zdirection. The scattering parameters from the transmitted and reflected electric field when a plane wave interacts with the material are measured. The relative permittivity is determined from the scattering parameters using the iterative Baker-Jarvis method. The simulations shows that both the distribution and the value of the relative permittivity is low when the particles have non conducting layers to force interruptions to prevent percolation, a conducting path between the particles. The most important result is of the kind where the simulations do not have any boundaries to prevent percolation. These simulations reflects how the relative permittivity distributes in real measurements. It is established that the value of the relative permittivity has a large distribution and also that percolation occurs because of the periodic structures.
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Břínek, Lukáš. "Plazmonické rezonanční antény." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2008. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-228250.
Full textAbstract:
Tato diplomová práce se zabývala plazmonickými anténami pro infračervenou oblast spektra elektromagnetického záření. K hledání zesílení pole bylo použito FDTD (Finite-Difference Time-Domain Method) simulací. Podle očekávání, byla shledána lineární závislost rezonanční vlnové délky na délce raménka platinové antény na křemíkovém povrchu. Diplomová práce se také zabývala výrobou antén pomocí fokusovaného iontového svazku (FIB) a následným měřením rezonančních vlastností pomocí mikroskopické metody FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy). Posun rezonanční vlnové délky byla registrována pouze pro negativní antény. Nakonec se tato práce zabývala vysvětlením saturace křivky závislosti rezonanční vlnové délky na rozměru raménka platinové antény na substrátu ze SRONu (silicon-rich oxynitride).
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Břínek, Lukáš. "Application of Plasmon Polaritons in Nanophotonics." Doctoral thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2015. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-234583.
Full textAbstract:
Práce pojednává o vlastnostech plazmonických antén v infračervené a viditelné oblasti. Práce zahrnuje výrobu, měření a numerické modelování optických vlastností antén. Infračervené plazmonické antény na absorbujícím substrátu (SRON) jsou studovány pro jejich rezonanční a absorpční vlastnosti. Byla nalezena geometrie antény, která poskytuje maximální účinnost absorpce ve SRON vrstvě. Dále je studována možnost zesílení daného vibračního módu substrátu (obsahujícího 3-4 materiálové rezonance) pomocí plazmonické rezonance antény. Nakonec jsou prezentována měření katodoluminiscenčních spekter antén ve viditelném spektru.
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Sayegh, Zaher. "Contribution à l'étude du canal de propagation à l'intérieur des bâtiments par simulations et mesures." Thesis, Rennes, INSA, 2017. http://www.theses.fr/2017ISAR0029/document.
Full textAbstract:
L'évolution continue des systèmes de communications sans fil en indoor rend nécessaire le développement des outils de caractérisation et de modélisation de la propagation des ondes électromagnétiques; afin de répondre aux problématiques et besoins d'ingénieur et de garantir une meilleure planification et un fonctionnement optimal des systèmes communicants. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse portent sur la modélisation du rayonnement des antennes en tenant compte de la complexité environnementale. La méthode de modélisation basée sur la FDTD, détaillée au cours de ce manuscrit, permet d'obtenir d'une manière efficace et précise les niveaux de champs, en tenant compte des phénomènes de propagation et d'interaction des ondes radioélectriques dans un environnement quelconque. Des améliorations ayant deux objectifs essentiels, ont été apportées à ce code. Le premier s'est consacré à améliorer ses performances, et le deuxième s'est intéressé à l'intégration d'un modèle de corps humain et d'autres sources d'émission, dans le but d'assurer plus de réalisme à la modélisation effectuée avec ce code. La validation du code FDTD a été menée par des études comparatives réalisées dans trois environnements différents. La première étude a porté sur une communication sans fil à travers des portes étanches métalliques à bord d'un navire. Une bonne précision du code FDTD a été relevée en comparant les résultats obtenus par ce code avec ceux obtenus par des mesures. La deuxième a porté sur la caractérisation du rayonnement d'antennes dans un bureau universitaire. Les résultats obtenus par des mesures effectuées dans cet environnement ont été confrontés aux ceux obtenus par le code FDTD et par d'autres outils de simulation (HFSS et un outil de tracé de rayons "Wireless lnsite"). Ils ont permis de montrer la capacité du code FDTD à fournir les résultats les plus proches des mesures avec un temps de calcul acceptable et sans avoir besoin de grandes ressources informatiques. La dernière étude a porté sur l'effet de la présence humaine dans une chambre en acier. Une comparaison entre les résultats fournis par le code FDTD et ceux obtenus expérimentalement a été réalisée et un bon accord a été observéHe continuous evolution of wireless communication systems in indoor environments requires the development of characterization and modeling tools for electromagnetic waves propagation, in order to answer the engineer's issues and needs and to ensure the best planning and an optimal operation of the communicating systems. The work carried out during this thesis concerns antenna radiation modeling, taking into account the environment complexity. The modeling method based on FDTD, detailed in this manuscript, provides efficiently and accurately the fields' strengths, taking account of propagation and radio waves interactions phenomena in any environment. Two main objectives of improvement were brought to this code. The first focused on improving its performance, and the second concerned the emission of multi-sources and the integration of a human body model in order to ensure more realism to modeling realized with this code. The validation of the FDTD code was done by comparative studies in three different environments. The first study concerned a wireless communication through metallic watertight doors on ship board. Good accuracy of the FDTD code was noticed by comparing the code's and measurements' results. The second study concerned the antenna radiation within a typical office environment. The results obtained by measurements were compared to those obtained by the FDTD code and other simulation tools (HFSS and the raytracing tool "Wireless lnsite"). They have shown that the FDTD code provides the most accurate results with an acceptable computational time and without big computer resources. The last study examined the human presence effect in a steel room. Measurements' and FDTD code's results were compared and a qood aqreement was obtained
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Poujet, Yannick. "Transmission exaltée à travers des tamis à photons à ouvertures annulaires nanométriques : simulations et caractérisation." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00373714.
Full textAbstract:
Depuis quelques années, la communauté scientifique internationale s'intéresse fortement aux transmissions exaltées de la lumière à travers des films métalliques nanostructurés (ou « tamis à photons ») dans le domaine du visible et de l'infra-rouge. Ces tamis à photons offrent en effet de nombreuses applications dans le domaine de la nanophotonique (microscopie, fluorescence, SERS, génération de second harmonique, lithographie, filtrage, modulation...). Dans ce travail de thèse, nous proposons d'utiliser comme nano-structure une matrice d'ouvertures annulaires percées dans un film opaque d'or ou d'argent. Ce type de cavités coaxiales rend possible l'excitation d'un mode guidé qui permet d'atteindre des transmissions nettement supérieures (90%) à celles obtenues par des tamis à photons basés sur des résonances plasmons. L'étude théorique utilise une méthode numérique basée sur les différences finies dans le domaine temporel pour résoudre les équations de Maxwell. L'influence des paramètres géométriques (diamètre intérieur et extérieur des ouvertures, période de la matrice, épaisseur du film métallique) et de la nature du métal est ainsi étudiée de façon à optimiser la configuration et d'obtenir une forte transmission dans le domaine du visible. Une cartographie du champ à l'intérieur des cavités ainsi qu'à la surface du métal est également calculée afin de caractériser l'exaltation du champ à l'intérieur des cavités et de déterminer la nature du mode guidé. Ce travail théorique s'appuie sur des caractérisations expérimentales effectuées en champ proche et en champ lointain. L'étude en champ proche a permis de cartographier le champ électrique au voisinage immédiat des ouvertures annulaires : la structure expérimentale met en évidence le rôle fondamental du mode TE11 dans l'exaltation de la transmission. Parallèlement, des spectres expérimentaux obtenus en champ lointain confirment, pour un film d'argent, une transmission d'environ 90% en parfait accord avec les prévisions théoriques. Ce résultat constitue, à notre connaissance, une première mondiale et offre de nombreuses perspectives quant aux applications possibles de tels tamis à photons à ouvertures annulaires.
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Gaillot, Davy Paul. "Optical Properties of Complex Periodic Media Structurally Modified by Atomic Layer Deposition." Diss., Georgia Institute of Technology, 2007. http://hdl.handle.net/1853/14635.
Full textAbstract:
In the late eighties, a new class of materials, known as photonic crystals (PCs), emerged enabling the propagation and generation of light to be potentially manipulated with unprecedented control. PCs consist of a periodic modulation of dielectric constant in one, two, or three dimensions, which can result in the formation of directional or omni-directional photonic band gaps (PBGs), spectral regions where light propagation is forbidden, and more remarkably, novel dispersion characteristics. Since PC properties scale with the dimension of the wavelength of interest, significant technological constraints must be fully addressed to manufacture 3D PBG materials for optical or infrared applications such as displays, lightning, and communications. PCs enable the unraveling of unique optical phenomena such as PBGs, spontaneous emission rate manipulation, sub-wavelength focusing, and superprism effects. This research focuses on the feasibility to achieve omni-directional PBGs in synthetic opal-based 3D PCs through precise nanoscale control to the original dielectric architecture. In particular, the optical response to the conformal deposition of dielectric layers using atomic layer deposition (ALD) within the porous template is strongly emphasized. Geometrical models were developed to faithfully model the manipulation of the synthetic opal architecture by ALD and then used in electromagnetic algorithms to predict the resulting optical properties. From these results, this research presents and investigates a scheme used to greatly enhance and adjust the PBG width and position, as well as simultaneously reducing the dielectric contrast threshold at which the PBG forms. This Thesis demonstrates that the unique opal architectures offered by ALD not only supports the formation of larger PBGs with high index materials; but also enables the use of optically transparent materials with reduced refractive index. Additionally, slight alteration of these structures facilitates the incorporation of non-linear (NL) electro-optical (EO) material for dynamic tuning capabilities and potentially offers a pathway for fabricating multi-functional photonic devices. Finally, low-temperature ALD was investigated as a means to manipulate band gaps and dispersion effects in 2D PC silicon slab waveguides and 3D organic biologically-derived templates. The results indicate the unique ability of ALD to achieve composite structures with desirable (large PBGs) or novel (slow light) optical properties.
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Biondo, Stéphane. "Simulation, réalisation et caractérisation de jonction p+n en SiC-4H, pour la photodétection de rayonnement UV." Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4340.
Full textAbstract:
Le SiC est un matériau semi-conducteur à large bande d'énergie interdite dont les très bonnes caractéristiques électriques et thermiques en font un candidat idéal pour la fabrication de composants dans le domaine de la puissance et des détecteurs de rayonnement. En particulier, la réalisation de détecteurs UV est très attendue dans les domaines suivants : détection d'incendies, imagerie de surface, astronomie, médecine, militaire… Les photodétecteurs à base de semiconducteurs à large bande interdite permettent d'obtenir une très bonne sélectivité dans l'UV, sans avoir à utiliser de filtres optiques. Le SiC semble être le matériau le plus prometteur, grâce à sa bonne stabilité chimique, mécanique et thermique, ce qui représente un avantage pour opérer en environnement extrême. Cependant le dopage du SiC nécessite un savoir-faire très particulier (implantation à chaud, recuit à haute température, forte dynamique de chauffe…). Nous nous sommes proposés dans un premier temps de réaliser par implantation (ionique et plasma) des composants tests, permettant d'accéder aux caractéristiques des jonctions. Le cas des jonctions implantées n+p et p+n a été étudié. Après l'optimisation des paramètres technologiques de l'implantation et du recuit associé, la fabrication de détecteurs de rayonnement basés sur la diode Schottky ou la diode p.n a été mise en œuvre. Une étape de simulation de ces composants a été effectuée sur le logiciel Sentaurus Device (Synopsys). Les caractérisations de ces détecteurs ont montré une meilleure sensibilité pour les diodes implantées Bore par plasmaSilicon carbide is a wide band-gap semiconductor with electrical and thermal characteristics particularly suitable for high power devices and radiation sensors. The realisation of UV detectors is mainly useful in the following sectors: fire detection, surface imagery, astronomy, medicine, military... The photodetectors based on wide band-gap semiconductors allow to get a very good selectivity, without using optical filters. Silicon carbide seems to be the most promising material, due to its chemical, mechanical and thermal stability, inducing a reliable behaviour in extreme environment. However SiC doping requires a distinct know-how (hot ion implantation, high temperature annealing, rapid heating-rate…). Test devices have been firstly processed by using ion implantation and plasma, allowing evaluating p+n or n+p junction characteristics. After the optimisation of the technological parameters of implantation and related annealing, the realisation of radiation detectors based on Schottky or p.n diodes has been carried out. The electrical simulations of such devices were performed with Sentaurus Devices program (Synopsys). The characteristics of the devices proved an improvement with the Boron-plasma implantation
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Beneš, Adam. "Plazmonické antény pro vysoké vlnové délky." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2021. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-443226.
Full textAbstract:
Tato diplomová práce se zabývá vlastnostmi plazmonických antén v oblasti vysokých vlnových délek. Důraz je kladen na popis rezonančních vlastností jednotlivých antén i antén uspořádaných do periodických polí. Těžiště práce spočívá v počítačovém modelování navýšení magnetického pole v blízkosti antén, které lze využít ve vysokofrekvenční elektronové paramagnetické rezonanci (HFEPR) k zesílení měřeného signálu. Autor se zabývá kvantifikací zesílení v anténách s odlišnou geometrií a navrhuje i geometrii vlastní. Značná část práce se také věnuje snaze rozlišit příspěvky k navýšení magnetického pole od různých zdrojů při měření HFEPR v uspořádání s dvojitou transmisí záření.
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Lacroux, Fabrice. "Contribution à la modélisation d'éléments localisés pour les simulations électromagnétiques en transitoire : Application en millimétrique et au transport d'énergie sans fil." Limoges, 2005. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/b0c5314e-251a-454a-a365-a395d8c2b349/blobholder:0/2005LIMO0001.pdf.
Full textAbstract:
Ce travail a permis de définir de nouvelles possibilités pour l'algorithme LE-FDTD (Lumped Element – Finite Difference Time Domain), puis de l'exploiter pour deux applications originales. La première permet de représenter une structure passive distribuée par son impédance équivalente. Pour cela, ce travail met tout d'abord en évidence les différents phénomènes parasites qui sont associés à l'insertion d'un élément localisé dans le volume de calcul FDTD. Puis, une solution est proposée afin de s'en affranchir. Cette technique est ensuite validée en remplaçant une transition ligne microruban / ligne coaxiale par son impédance équivalente jusqu'à 80GHz. La deuxième application est consacrée à l'étude d'un système de réception dédiée au transport d'énergie sans fil. Ce système a été modélisé de façon globale : antenne, système de redressement et charge. Le rendement de conversion d'une telle structure a pu être calculé en tenant compte des problèmes d'adaptation et d'interaction entre les différentes partiesThis work has enabled to define new possibilities for the LE-FDTD algorithm (Lumped Element – Finite Difference Time Domain), and use it on two original applications. The first one allows to represent a distributed passive structure with its equivalent impedance. In this way, this work underscore parasitic phenomenon which are present with the insertion of the lumped elements into the FDTD meshgrid. Then, a solution is proposed to compensate them. As result, a transition from a microstrip line to a coaxial line is replaced by its equivalent impedance until 80GHz. The second application is dedicated to the reception system used in a wireless power transmission. This system has been studied in a global electromagnetic simulation (antenna, rectifier and load) in order to take all couplings and radiations into account. So, this global approach permits to determinate the conversion efficiency of such a system
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Lopez, Thomas. "Conception, fabrication et caractérisation de lentilles planaires nano-structurées dédiées aux capteurs d’images CMOS dans le proche-infrarouge." Thesis, Toulouse, ISAE, 2016. http://www.theses.fr/2016ESAE0019/document.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la conception, la fabrication et la caractérisation de lentilles planaires nano-structurées dédiées aux capteurs d’images CMOS dans le proche-infrarouge. L’étude des applications et des systèmes d’imagerie optronique mis en jeu ont mis en évidence l’intérêt de l’utilisation des capteurs d’images CMOS dans la bande 800-1100 nm. Les inconvénients liés au silicium et à la structure du pixel justifient l’intégration de lentilles planaires nano-structurées compatibles avec le procédé de fabrication CMOS : une lentille plasmonique, une lentille diffractive métallique dite de Huygens, une lentille diélectrique dite de phase de Fresnel et une lentille à gradient d’indice effectif. Les simulationsélectromagnétiques 2D d’un pixel CMOS complet avec chaque lentille planaire ont démontré l’intérêt de la lentille métallique dans un pixel à faible facteur de remplissage et de la lentille de phase de Fresnel pour un pixel standard. Les simulations électromagnétiques 3D ont permis la conception de ces deux dernières lentilles pour leur fabrication tandis que la lentille à gradient d’indice effectif, susceptible d’approcher le profil de phase idéal, a montré son potentiel pour les pixels CMOS. La caractérisation électro-optique a mis en évidence la performance expérimentale de la lentille de phase de Fresnel fabriquée en "post-process" au LPN-CNRS et de la lentille de Huygens fabriquée "in-process" en fonderie CMOS. Les nombreuses perspectives de ce travail liés à la fabrication et à la marge de progression des lentilles ont été exploréesThis work deals with the design, fabrication and characterization of nanostructuredplanar lenses dedicated to near infrared detection for CMOS image sensors.Applications and optronic systems involved in near infrared imaging have been investigatedin order to highlight the strong interest of CMOS images sensors for the 800-1100 nmspectral band. Limitations of silicon and pixel structure explain the integration of nanostructuredplanar lenses compatible with CMOS fabrication process : a plasmonic lens, a dielectricphase-Fresnel lens, a metallic Huygens lens and a gradient-index lens. 2D electromagneticsimulations of a CMOS pixel with each planar lens have demonstrated the good performanceof the Huygens lens for low fill factor pixels and the phase-Fresnel lens for standard pixels.3D simulations of these lenses have been performed for their integration and fabrication inCMOS image sensors. The 3D design by numerical simulations of a gradient-index lens hasshown its potential interest for CMOS pixels. The experimental performance of a dielectriclens "post-process" integrated/fabricated at LPN-CNRS and a metallic lens "in-process" by aCMOS foundy have been evaluated by electro-optical characterization. Several perspectivesof this work about lens fabrication and potential for improvement have been explored
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Bhusal, Bhumi Shankar. "Radiofrequency Induced Heating of Implanted Stereo-electroencephalography Electrodes During MRI Scan: Theory, Measurements and Simulations." Case Western Reserve University School of Graduate Studies / OhioLINK, 2019. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=case1545139929613149.
Full text
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Kvapil, Michal. "Lokalizované povrchové plazmony: principy a aplikace." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2010. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-229109.
Full textAbstract:
The diploma thesis deals with plasmonic nanostructures for visible eventually near-infrared region of electromagnetic spectrum. At first, there are discussed basic terms which are necessary for description of plasmonic nanostructures and their properties. Then the resonant properties of gold nanoantennas on a fused silica substrate and in proximity of nanocrystalline diamond are addressed. FDTD simulations are used for an assesment of resonant properties and local electric field enhancement of these nanostructures. Possible manufacturing methods of the antennas and techniques for the measurement of their properties are mentioned at the end of the thesis.
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Šustr, Libor. "Buzení a detekce plazmonových polaritonů." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2008. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-228252.
Full textAbstract:
The diploma thesis is aimed to excitation and detection of surface plasmon polaritons by visible light. First of all, we will briefly remind some basic principles like waves, electromagnetic wave, light on the interface and optical properties of metals. By using these principles we show presence of surface plasmon polaritons states. After the explanation of their properties there will be clearly visible reasons for aplications of the special excitationand detection methods. We will describe especially the prism coupling, periodic grating coupling and SNOM. Two last sections deal with computer simulations and experiments related to these methods. This means we can exemplify some knowledge presented in previous chapters. Results of simulations are compared with the experiment where we study the excitations of surface plasmon polaritons by periodic grating on aluminium surface.
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Hill, Jonathan. "Efficient Implementation of Mesh Generation and FDTD Simulation of Electromagnetic Fields." Digital WPI, 1999. https://digitalcommons.wpi.edu/etd-theses/1055.
Full textAbstract:
"This thesis presents an implementation of the Finite Difference Time Domain (FDTD) method on a massively parallel computer system, for the analysis of electromagnetic phenomenon. In addition, the implementation of an efficient mesh generator is also presented. For this research we selected the MasPar system, as it is a relatively low cost, reliable, high performance computer system. In this thesis we are primarily concerned with the selection of an efficient algorithm for each of the programs written for our selected application, and devising clever ways to make the best use of the MasPar system. This thesis has a large emphasis on examining the application performance."
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Rohrbach, Daniel. "Quantitative ultrasound in transverse transmission for bone quality assessment and monitoring fracture healing." Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I, 2013. http://dx.doi.org/10.18452/16813.
Full textAbstract:
Osteoporose und gestörte Heilungsverläufe von Knochenbrüchen verursachen immer noch beachtliche klinische Komplikationen. Ein vielversprechender Ansatz für die nichtinvasive und nichtionisierende Abschätzung des Frakturrisikos und der Bildgebung von Frakturheilung ist quantitativer Ultraschall (QUS). Dennoch liegt die derzeitige Akzeptanz für die Knochenqualitätsabschätzung noch weit hinter herkömmlichen röntgenbasierten Anwendungen. Es wurden akustische Mikroskopie und Synchrotronstrahlen-Mikrotomographie für die Anatomie und altersabhängige Erfassung von strukturellen und elastischen Variationen auf der mikroskopischen Ebene von humanen Femora verwendet. Die gewonnenen Daten dienten als Grundlage für die Erstellung mikromechanischer Modelle von Knochen für numerische Simulationen der Schallausbreitung im humanen Femurhals. Dabei wurde der Aufbau eines US-basierten Femur-Scanners in transversaler Transmission (TT) nachempfunden. Im letzten Abschnitt der Arbeit wurde QUS in TT in in vitro Experimenten am Rattenfrakturmodell auf eine Anwendung für die Bildgebung der Frakturheilung getestet. Die Studien konnten zeigen, dass ein Großteil der adaptiven Fähigkeiten von Knochen auf mikroskopischer Ebene auf eine Kombination von extrazellulärer Matrixelastizität und Gewebeporosität zurückzuführen ist. Die Simulationen des zweiten Teils konnten die Existenz von geführten Wellen im humanen Femurhals bestätigen. Die sensitive Abhängigkeit von US-parametern von frakturrelevanten Knocheneigenschaften zeigt das hohe Potential von QUS für die Frakturrisikoabschätzung. Der zweite Teil der Arbeit konnte erfolgreich die Möglichkeit von QUS in TT zur Diskriminierung von zeitigen Heilungsstadien demonstrieren. Zusammenfassend bestätigt die Studie das hohe Potential von QUS für die Frakturrisikoabschätzung und die Bildgebung der Frakturheilung.Osteoporosis and impaired bone healing are of high relevance. A promising non-invasive, non-ionizing candidate for fracture risk prediction and monitoring fracture healing is quantitative ultrasound (QUS). However, the acceptance of QUS for bone quality assessment is still not comparable to X-ray based methods. Scanning acoustic microscopy (SAM) and Synchrotron Radiation micro-computer tomography (SRµCT) has been used to investigate anatomical and age dependent variations of micro elastic, structural and mineralization parameters at the tissue level of human femoral bone. Femoral neck models were created based on these data for numerical sound propagation simulations emulating a transverse transmission (TT) setup of an in vivo QUS prototype. In the last part of the project the TT approach has been tested in ex vivo experiments in a rat healing model. The power of QUS, to discriminate two early healing stages has been compared to µCT measurements at the same specimens. It was found that the major contributor to bone adaptation is related to a combination of extracellular matrix elasticity and tissue porosity. It is hypothesized that these parameters are likely to have a considerable impact on the reliability of in silico models. The simulations of the second part confirmed the existence of guided wave propagation in the cortical shell and a high dependency of US parameters on fracture relevant bone properties. The results demonstrate the high potential for bone fracture risk prediction at the femoral neck using QUS. Finally, it was successfully demonstrated that early healing stage discrimination of QUS in TT was superior compared to µCT. In summary these investigations not only show the importance for a precise estimation of micro mechanical properties for numerical modelling but also demonstrate the feasibility and high potential of QUS for bone quality assessment and monitoring of fracture healing.
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Ha, Myunghyun. "EM simulation using the Laguerre-FDTD scheme for multiscale 3-D interconnections." Diss., Georgia Institute of Technology, 2011. http://hdl.handle.net/1853/42850.
Full textAbstract:
As the current electronic trend is toward integrating multiple functions in a single electronic device, there is a clear need for increasing integration density which is becoming more emphasized than in the past. To meet the industrial need and realize the new system-integration law [1], three-dimensional (3-D) integration is becoming necessary. 3-D integration of multiple functional IC chip/package modules requires co-simulation of the chip and the package to evaluate the performance of the system accurately. Due to large scale differences in the physical dimensions of chip-package structures, the chip-package co-simulation in time-domain using the conventional FDTD scheme is challenging because of Courant-Friedrich-Levy (CFL) condition that limits the time step. Laguerre-FDTD has been proposed to overcome the limitations on the time step. To enhance performance and applicability, SLeEC methodology [2] has been proposed based on the Laguerre-FDTD method. However, the SLeEC method still has limitations to solve practical 3-D integration problems.
This dissertation proposes further improvements of the Laguerre-FDTD and SLeEC method to address practical problems in 3-D interconnects and 3-D integration. A method that increases the accuracy in the conversion of the solutions from Laguerre-domain to time-domain is demonstrated. A methodology that enables the Laguerre-FDTD simulation for any length of time, which was challenging in prior work, is proposed. Therefore, the analysis of the low-frequency response can be performed from the time-domain simulation for a long time period. An efficient method to analyze frequency-domain response using time-domain simulations is introduced. Finally, to model practical structures, it is crucial to model dispersive materials. A Laguerre-FDTD formulation for frequency-dependent dispersive materials is derived in this dissertation and has been implemented.
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Yi, Ming. "Transient simulation for multiscale chip-package structures using the Laguerre-FDTD scheme." Diss., Georgia Institute of Technology, 2015. http://hdl.handle.net/1853/53856.
Full textAbstract:
The high-density integrated circuit (IC) gives rise to geometrically complex multiscale chip-package structures whose electromagnetic performance is difficult to predict. This motivates this dissertation to work on an efficient full-wave transient solver that is capable of capturing all the electromagnetic behaviors of such structures with high accuracy and reduced computational complexity compared to the existing methods.
In this work, the unconditionally stable Laguerre-FDTD method is adopted as the core algorithm for the transient full-wave solver. As part of this research, skin-effect is rigorously incorporated into the solver which avoids dense meshing inside conductor structures and significantly increases computational efficiency. Moreover, as an alternative to typical planar interconnects for next generation high-speed ICs, substrate integrated waveguide, is investigated. Conductor surface roughness is efficiently modeled to accurately capture its high-frequency loss behavior. To further improve the computational performance of chip-package co-simulation, a novel transient non-conformal domain decomposition method has been proposed. Large-scale chip-package structure can be efficiently simulated by decomposing the computational domain into subdomains with independent meshing strategy. Numerical results demonstrate the capability, accuracy and efficiency of the proposed methods.
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Chin, Allan. "Increasing Optical Disc Data Density by Using Nano-scale Metallic Wire Polarisers." Thesis, University of Canterbury. Electrical and Computer Engineering, 2006. http://hdl.handle.net/10092/1079.
Full textAbstract:
CD and DVD became the major portable and backup data storage devices because their reliability and economical cost when mass produced. As the computer technology grew, higher data storage density on CD/DVD disc was demanded. Using a shorter wavelength light source was the common technique to achieve this goal from both research and industry. However, the limit of wavelength had almost reached for applying it to optical storage. The nano-scale metallic wire polariser that was designed in this thesis provided a possible solution. This thesis introduces the method of using the nano-scale metallic wires to form a grating polariser as the data pit on CD/DVD disc. The polariser is a type of scattering polariser and could transmit one linear polarisation of the light and reject its orthogonal counter part. The designed pattern was tested by using XFDTD, an electromagnetic simulation program based on the finite difference time domain method. As the wave source was a red laser with a wavelength of 650nm, the simulation cell size was set to be 10nm. The dispersive materials were simulated by the Debye model. The electric field results were measured on X, Y, and Z components. The results were analysed by a pre-written Matlab program to find the transmission and crosstalk coefficients. The single polariser simulations showed that there are great potentials in this design. However, inter-cell crosstalk became the major problem in the polariser array simulations. The groove pattern and titanium material were used to optimise the polarisation effect. The simulation showed that a standard-sized disc with a titanium polariser array could have 5.5GB storage capacity and a 15 to 20dB inter-cell extinction ratio for an optical pickup with a red laser (650nm) and a numerical aperture (NA) of 0.6. Although the improvement is only marginal over existing optical data storage technology, there are many further researches possible to carry on such as the fabrication of the polariser arrays.
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Senarath, Aditha Srikantha. "Finite Different Time-Domain Simulation of Terahertz Waves Propagation Through Unmagnetized Plasma." Wright State University / OhioLINK, 2021. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=wright1629431383655508.
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Laisné, Alexandre. "Etude d'antennes à résonateur diéléctrique à l'aide de la FDTD (Méthode des Différences Finies dans le Domaine Temporel) et de la MR/FDTD (Méthode des Différences Finies dans le Domaine Temporel à régions multiples." Rennes, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAR0003.
Full textAbstract:
Les Antennes à Résonateur Diélectrique (DRA) représentent une nouvelle classe d'éléments rayonnants aux propriétés particulièrement intéressantes. Elles présentent en effet une large bande passante intrinsèque, associée à des pertes plus faibles que les antennes imprimées classiques. Dans le cas de notre étude, leur synthèse a été effectuée à l'aide de la Méthode des Différences Finies dans le Domaine Temporel (FDTD), qui permet de les simuler sur un spectre très large et de prendre en compte leur caractère volumique. Plusieurs structures originales ont ainsi été proposées et validées, parmi lesquelles une structure " double substrat " à polarisation linéaire, large bande et particulièrement robuste. L'application de métallisations parasites sur le résonateur pour exciter une polarisation circulaire a aussi fait l'objet d'investigations. Des maquettes avec une métallisation parasite gravée sur le résonateur, ou encore des plots métalliques gravés sur le plan de masse ont permis de valider le principe exposé. Dans un deuxième temps, une formulation Multi-Région de la FDTD (MR/FDTD) a été proposce pour la simulation de DRAs environnés. Des techniques de compression combinant multirésolution et interpolation linéaire 2D ont été implantées dans le calcul des interactions entre les volumes, afin d'en diminuer significativement le coût en ressources informatiques. La flexibilité de la MR/FDTD ainsi obtenue a été illustrée au travers de nombreuses stratégies de simulation La MR/FDTD " multirésolution " a finalement été évaluée pour le traitement d'un réseau linéaire plan E de 8 DRAs. Durant cette thèse, deux études ont par conséquent été menées en parallèle, portant d'une part sur les outils de simulation, et d'autre part sur leur application à la synthèse de DRAs et les technologies mises en oeuvre pour leur réalisation.
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SHEN, HUI. "DESIGN AND SIMULATION OF A WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXER DEMULTIPLEXER BASED ON PHOTONIC CRYSTAL FILTERS." University of Cincinnati / OhioLINK, 2005. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ucin1127413901.
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Bertó, Roselló Francisco. "Numerical modelling of nanoporous anodic alumina photonic structures for optical biosensing." Doctoral thesis, Universitat Rovira i Virgili, 2018. http://hdl.handle.net/10803/665620.
Full textAbstract:
Alguns materials mostren propietats físiques, òptiques i químiques particulars en la nanoescala. La nanotecnologia permet al científic millorar les seves propietats modificant l'estructura de la matèria en aquest nivell i aprofitar-les per al desenvolupament de nous dispositius i aplicacions. Particularment important és la investigació en biosensors per tal d'obtenir dispositius més sensibles i fiables, per a desplegar-los en la societat en forma de sistemes de diagnòstic rendibles i fiables. La fabricació d'aquests dispositius en alguns casos implica la manipulació de la llum en aquests materials en la nanoescala, per a això, cal tenir un coneixement profund del comportament òptic de l'estructura. En aquest sentit, l'elecció del material apropiat és decisiva en el desenvolupament de dispositius biosensors. La alúmina anòdica nanoporosa (AAN) és un material porós autoordenat les propietats òptiques del qual en el visible, la seva gran adaptabilitat de l'estructura, la seva capacitat per actuar com a suport o bastida d'objectes petits i la seva estabilitat en condicions biològiques, el fan especialment apropiat com a plataforma per el desenvolupament de biosensors òptics. Els estudis teòrics sobre les propietats òptiques de la AAN són un camp fonamental d'investigació. El modelatge numèric d'aquestes propietats permet comprendre la seva relació amb les característiques estructurals de la AAN, proporcionant un marc conceptual per a l'anàlisi del seu comportament òptic. En aquesta tesi, hem analitzat la idoneïtat i desenvolupat diversos models predictius per a les propietats òptiques de l’AAN, vàlids en una àmplia gamma de característiques geomètriques. Posteriorment, el nostre model de simulació es va aplicar per estudiar la idoneïtat de dos tipus d'estructures d’AAN revestides d'or com a plataforma per al desenvolupament de biosensors plasmònics per reflectometria. Finalment, s'ha realitzat un estudi teòric del comportament òptic mitjançant modelatge numèric d'estructures basades en AAN amb un gradient en l'índex de refraccióAlgunos materiales muestran propiedades físicas, ópticas y químicas particulares a nanoescala. La nanotecnología permite al científico mejorar sus propiedades modificando la estructura de la materia en este nivel y aprovecharlas para el desarrollo de nuevos dispositivos y aplicaciones. Particularmente importante es la investigación en biosensores con el fin de obtener dispositivos más sensibles y confiables para desplegarlos en la sociedad en forma de sistemas de diagnóstico rentables y confiables. La fabricación de tales dispositivos en algunos casos implica la manipulación de la luz en estos materiales en la nanoescala, para lo cual, es necesario tener un conocimiento profundo del comportamiento óptico de la estructura. En este sentido, la elección del material apropiado es decisiva en el desarrollo de dispositivos biosensores. La alúmina anódica nanoporosa (AAN) es un material poroso autoordenado cuyas propiedades ópticas en lo visible, su gran adaptabilidad de la estructura, su capacidad para actuar como soporte o andamio de objetos pequeños y su estabilidad en condiciones biológicas lo hacen especialmente apropiado como plataforma para el desarrollo de biosensores ópticos. Los estudios teóricos sobre las propiedades ópticas de la AAN son un campo fundamental de investigación. El modelado numérico de estas propiedades permite comprender su relación con las características estructurales de la AAN, proporcionando un marco conceptual para el análisis de su comportamiento óptico. En esta tesis, hemos analizado la idoneidad y desarrollado varios modelos predictivos para las propiedades ópticas de la AAN válidos en una amplia gama de características geométricas. Posteriormente, nuestro modelo de simulación se aplicó para estudiar la idoneidad de dos tipos de estructuras AAN revestidas de oro como plataforma para el desarrollo de biosensores plasmónicos por reflectometría. Finalmente, se ha realizado un estudio teórico del comportamiento óptico mediante modelado numérico de estructuras basadas en AAN con un gradiente en el índice de refracción.
Some materials shown particular physical, optical and chemical properties at the nanoscale. The nanotechnology permits to scientist enhance their properties modifying the matter structure at this level and take advantage of them for the development of new devices and applications. Particularly important is the research in biosensing in order to obtain more sensitive and reliable devices with a view for their deployment to society in the form of cost-effective and reliable diagnostic systems. The manufacturing of such devices in some cases implies the manipulation of the light in these materials at the nanoscale, for which it implies to have a deep knowledge of the optical behaviour of the structure. In this sense, the election of the appropriate material is decisive in the development of biosensing devices. Nanoporous anodic alumina (NAA) is a self-ordered porous material which their optical properties in the visible, their great tunability of the structure, their ability to act as a holder or scaffold of small objects and their stability under biological conditions make it especially appropriate as a platform for the development of optical biosensors. Theoretical studies on the NAA optical properties is a fundamental field of research. The numerical modelling of these properties permits to understand their relationship with the structural features of the NAA, providing a conceptual framework for the analysis of their optical behaviour. In this thesis, we have analyzed the suitability and developed several predictive models for the optical properties of the NAA valid in a wide range of geometrical characteristics. Subsequently our simulation model has been applied to study the suitability of two types of gold-coated NAA structures as a platform for reflectometric-based plasmonic biosensors. Finally, a theoretical study of the optical behaviour by means of numerical modelling of gradient-index NAA (NAA-GI) based structures has been performed.
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Svensson, Mattias. "Simulating Low Frequency Reverberation in Rooms." Thesis, KTH, Marcus Wallenberg Laboratoriet MWL, 2020. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-290038.
Full textAbstract:
The aim of this thesis was to make a practical tool for low frequency analysis in room acoustics.The need arises from Acad’s experience that their results from simulations using raytracing software deviate in the lower frequencies when compared to field measurements inrooms. The tool was programmed in Matlab and utilizes the Finite Difference Time Domain (FDTD) method, which is a form of rapid finite element analysis in the time domain.A number of tests have been made to investigate the practical limitations of the FDTD method, such as numerical errors caused by sound sources, discretization and simulation time. Boundary conditions, with and without frequency dependence, have been analysed bycomparing results from simulations of a virtual impedance tube and reverberation room to analytical solutions. These tests show that the use of the FDTD method appears well suited for the purpose of the tool.A field test was made to verify that the tool enables easy and relatively quick simulations of real rooms, with results well in line with measured acoustic parameters. Comparisons of the results from using the FDTD method, ray-tracing and finite elements (FEM) showed goodcorrelation. This indicates that the deviations Acad experience between simulated results and field measurements are most likely caused by uncertainties in the sound absorption data used for low frequencies rather than by limitations in the ray-tracing software. The FDTDtool might still come in handy for more complex models, where edge diffraction is a more important factor, or simply as a means for a “second opinion” to ray-tracing - in general FEM is too time consuming a method to be used on a daily basis.Auxiliary tools made for importing models, providing output data in the of room acoustic parameters, graphs and audio files are not covered in detail here, as these lay outside the scope of this thesis.Målet för detta examensarbete var att undersöka möjligheten att programmera ett praktisktanvändbart verktyg för lågfrekvensanalys inom rumsakustik. Behovet uppstår från Acadserfarenhet att resultat från simuleringar med hjälp av strålgångsmjukvara avviker i lågfrekvensområdeti jämförelse med fältmätningar i färdigställda rum. Verktyget är programmerati Matlab och använder Finite Difference Time Domain (FDTD) metoden, vilket är en typav snabb finita elementanalys i tidsdomänen.En rad tester har genomförts för att se metodens praktiska begräsningar orsakade av numeriskafel vid val av ljudkälla, diskretisering och simuleringstid. Randvillkor, med och utanfrekvensberoende, har analyserats genom jämförelser av simulerade resultat i virtuella impedansröroch efterklangsrum mot analytiska beräkningar. Testerna visar att FDTD-metodentycks fungerar väl för verktygets tilltänkta användningsområde.Ett fälttest genomfördes för att verifiera att det med verktyget är möjligt att enkelt och relativtsnabbt simulera resultat som väl matcher uppmätta rumsakustiska parametrar. Jämförelsermellan FDTD-metoden och resultat beräknade med strålgångsanalys och finita elementmetoden(FEM) visade även på god korrelation. Detta indikerar att de avvikelser Acaderfar mellan simulerade resultat och fältmätningar troligen orsakas av osäkerheter i den ingåendeljudabsorptionsdata som används för låga frekvenser, snarare än av begränsningar istrålgångsmjukvaran. Verktyget kan fortfarande komma till användning för mer komplexamodeller, där kantdiffraktion är en viktigare faktor, eller helt enkelt som ett sätt att få ett”andra utlåtande” till resultaten från strålgångsmjukvaran då FEM-analys generellt är en förtidskrävande metod för att användas på daglig basis.Kringverktyg skapade för t.ex. import av modeller, utdata i form av rumsakustiska parametrar,grafer och ljudfiler redovisas inte i detalj i denna rapport eftersom dessa ligger utanförexamensarbetet.
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Higgins, James Alexander. "Measurement and Simulation of Parallel Plate Waveguide Structures in the Terahertz Region for Sensing and Material Characterization Applications." PDXScholar, 2012. https://pdxscholar.library.pdx.edu/open_access_etds/867.
Full textAbstract:
The THz region is a burgeoning field of research with applications in spectroscopy, integrated circuit fabrication, bio-medicine, and communications. Until recently, the THz region was largely unexplored, mainly due to the technical difficulties involved in making efficient and compact sources and detectors. As these challenges are addressed, the focus of research has shifted to practical applications, such as sensing and imaging. The focus of this thesis is to investigate the characterization of parallel plate waveguide multimode propagation and periodically notched resonant structures for use in sensing and material parameter extraction applications. Broadband and narrowband measurements are presented and analyzed. Measurements are compared to finite difference time domain simulations and analytic solutions that use a Fourier transform mode-matching technique. Agreement is observed between simulation and measurement of radiation patterns. Weighted estimates of individual mode analytic solutions produce equivalent radiation patterns, which allows insight into the energy coupled into each respective mode. Results show that higher order modes contribute both a greater conductive attenuation and higher coupling loss. Agreement is also observed between measurements and simulated single and periodically notched resonant structures. Results demonstrate shifting of the resonant peak with respect to changes in plate separation for the periodically notched structure. For the single notch resonator, simulations indicate the resonant peak is dependent on notch depth until the depth-to-width ratio is greater than two. This work demonstrates that multimode propagation can be identified and the amount of energy coupled into each mode may be estimated using radiation patterns. Experiments using quasi-optical time domain spectroscopic and continuous wave vector network analyzer systems in the THz region have been demonstrated. Finite difference time domain simulations have validated measurements on both systems. The results presented will advance the field of THz research by aiding in the design and analysis of sensing and material parameter extraction systems
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Le, Lepvrier Benoît. "Hybridation de la FDTD à Double Grille (DG-FDTD) avec l'Optique Physique Itérative (IPO) - Application à la simulation d'antennes environnées positionnées sur des platesformes de grandes dimensions." Thesis, Rennes, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAR0011/document.
Full textAbstract:
Les travaux de cette thèse ont été consacrés à l'extension du domaine d'application de la FDTD à Grille Double (DG-FDTD) via son hybridation avec l'Optique Physique Itérative. Ces recherches ont été motivées par le besoin d'évaluer précisément et efficacement le diagramme d'antenne environnées installées sur des plates-Formes de grandes dimensions (satellite, véhicule, lanceur spatial). Lors du tour d'horizon consacré aux méthodes numériques pouvant intervenir dans la résolution de ce type de problème, la DG-FDTD a révélé des caractéristiques intéressantes en permettant des analyses large bande rapides et précises d’antennes avec un environnement proche complexe. Cependant, sa formulation rigoureuse entraîne des besoins importants en ressources informatiques pour analyser des problèmes de grandes dimensions électriques. Les travaux présentés dans ce manuscrit précisent les limites de son domaine d'application. Ils mettent finalement en avant son incapacité à résoudre seule des problèmes d'antenne sur plateforme. En réponse à cette limitation, un nouveau schéma hybride associant la DG-FDTD avec une méthode asymptotique est proposé. La méthode DG-FDTD/IPO ainsi créée décompose la simulation du problème complet en deux simulations successives. L'antenne et son environnement proche sont tout d'abord simulés rigoureusement avec la DG-FDTD puis la plateforme est analysée efficacement avec l'IPO. Les deux simulations sont interfacées en utilisant le principe d’équivalence. Après avoir validé cette nouvelle méthode sur un scénario canonique, elle est appliquée au calcul de rayonnement électromagnétique en champ lointain dans deux scénarios d’antenne environnée sur porteur (antenne sur véhicule notamment). Deux améliorations de la DG-FDTD/IPO sont finalement proposées dans ce manuscrit. La première est consacrée à la prise en compte grossière des couplages retours entre l'environnement proche de l'antenne et la plate-Forme. Cette amélioration repose sur la redescription grossière de l’environnement proche de l’antenne dans la simulation IPO. La seconde amélioration concerne la modélisation des courants sur les parties ombrées de la plate-Forme dans la simulation IPO. Cette amélioration est motivée par le besoin d'analyser précisément des scénarios de type antenne sur lanceur spatial. En effet, l'IPO ne calcule pas les courants sur les zones ombrées, or dans ce type de problème elles représentent la majeure partie de la plate-Forme. Une nouvelle méthode basée sur l'IPO, et appelée Traitement Séquentielle des Domaines (TSD), est donc proposée pour répondre au besoin exprimé plus haut. Après avoir validé cette nouvelle méthode sur un cas simple impliquant un cylindre, elle est appliquée avec succès à l'analyse d'une plate-Forme de type lanceur spatialThis thesis aims at extending the Dual-Grid FDTD (DG-FDTD) application domain via its hybridization with the Iterative Physical Optics (IPO) method. This research was motivated by the need to evaluate accurately and efficiently the antenna pattern of surrounded antennas installed on large platforms (satellite, vehicle, space launcher). Overview on numerical method involved in this class of problem revealed DG-FDTD has interesting features. This method allows precise and efficient wide-Band simulations of surrounded antennas. However, this method remains costly for electrically large problems, especially because of its rigorous formulation. This thesis assessed the limitations of DG-FDTD and then put forward its inability to resolve antenna on platform problems. To answer this issue, a hybrid scheme combining DG-FDTD with IPO is proposed in this thesis. DG-FDTD/IPO divides the initial simulation into two successive simulations. The antenna and its vicinity are firstly analyzed with DG-FDTD, and then IPO is used to analyze the platform. The two simulations are interfaced using the equivalence principle. This new method is first validated using a canonical scenario. Then, it is applied to the computation of electromagnetic radiation pattern in two antenna on platform problems (antenna on vehicle especially). The method is then exploited to effectively analyze the radiation pattern of a surrounded antenna mounted on a platform. Two improvements are finely proposed in this thesis for DGFDTD/ IPO. The first one aims at taking into account for the backward coupling between the antenna region and the metallic platform. This improvement implies a coarse description of the antenna region in the IPO simulation. The second improvement concerns the modeling of the currents in the shadow areas of the platform. This improvement answers to the need to analyze precisely antenna-On-Launcher problems. Indeed IPO do not compute currents in shadow areas. Well, for this kind of problem, shadow areas represent almost all the platform. A new method based on IPO and called Domains Sequential Processing is proposed. This method is first validated using a canonical scenario involving a cylinder. Then it is successfully applied to the analysis of a spatial launcher
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Pheng, Bobby B. "3D Electromagnetic Simulation Tool Exposure for Undergraduate Electrical Engineers: Incorporation into an Analog Filters Course." DigitalCommons@CalPoly, 2012. https://digitalcommons.calpoly.edu/theses/819.
Full textAbstract:
With the growth of wireless communications, comes the need for engineers knowledgeable in 3D electromagnetic (EM) simulation of high-frequency circuits. To give electrical engineering students a better understanding of the behavior of electromagnetic fields, experiments including the use of 3D EM simulation software were proposed. Most students get lost in differential equations, curls, and divergences; this thesis aims to remedy that by exposing them to 3D EM simulation, which may motivate them toward further study in electromagnetics. Also, experience using EMPro is very beneficial for future RF/microwave/antenna engineers, as use of 3D EM simulation is becoming a requirement for this field. 3D EM simulators solve problems where using classical analysis techniques is impractical. Classical EM solutions to simple objects such as boxes, cylinders, and spheres, are widely known; but when the object is more complex, numerical approaches are preferred for their speed.
Currently, Cal Poly does not use 3D electromagnetic simulation in any of its courses. Targeted relevant courses include EE 335/375: EM Fields & Transmission Lines, EE 402: EM Waves, EE 405/445: High-Frequency Amplifier Design, EE 425/455: Analog Filter Design, EE 502: Microwave Engineering, and EE 533: Antennas. As a starting point, EE 425/455 was targeted.
In choosing which filters to investigate, simplicity and cost were the most important factors. For simplicity, transverse electromagnetic (TEM) mode filters were chosen; also, using a trough design for these filters would allow for simple construction and access. Also, a circular waveguide filter was chosen as an alternative to the TEM filters, as the modes are either transverse electric or transverse magnetic. To lower costs, printed circuit board was used to construct the filters, along with brass tubing, semi-rigid coaxial cable, and copper plumbing caps.
From these guidelines, three electronic bandpass filter experiments were investigated: a 1 GHz half-wave coaxial resonator filter, a 2 GHz copper end cap filter, and a tunable 1 GHz quarter-wave coaxial resonator filter. Electric and magnetic field coupling was used to excite the filters. They were then simulated using finite difference time domain (FDTD) simulations in Agilent EMPro. From the simulations, tradeoffs between insertion loss and bandwidth were observed. After, the filters were built and measured using a network analyzer. The quarter-wave filter was incorporated in Cal Poly’s EE 455 course during spring 2012. Students completed an EMPro tutorial, simulated the filters, and measured them using network analyzers. Student feedback was mixed, and modifications were made for future implementations.
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Muot, Nathanaël. "Stratégie d'hybridation de méthodes de simulation électromagnétique FDTD/MTL - application à l'étude de grands systèmes complexes -." Phd thesis, ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00841708.
Full textAbstract:
Dans ce mémoire, nous présentons une stratégie basée sur une approche hybride dans le domaine temporel, couplant une méthode de résolution des équations de Maxwell dans le domaine 3D (FDTD) avec une méthode de résolution des équations de ligne de transmission, afin de pouvoir simuler des problèmes électromagnétiques de grande échelle. Le mémoire donne les éléments d'hybridation pour deux cadres d'utilisation de cette approche : une approche multi-domaine et une approche multi-résolution ou d'échelle. L'approche multi-domaine est une extension de la méthode FDTD 3D à plusieurs sousdomaines reliés par des structures filaires sur lesquelles on résout une équation de lignes de transmission par un formalisme FDTD 1D. La difficulté est d'abord d'avoir une définition implicite du champ électromagnétique dans la théorie des lignes de transmission, et d'autre part de prendre en compte les effets du sol sur les courants induits au niveau des lignes et sur les champs électromagnétiques. L'approche multi-résolution ou d'échelle est conçue pour étendre les capacités de la méthode FDTD au traitement du routage de câbles complexes ayant une section plus petite que la taille de la cellule. Ce mémoire présente différentes techniques pour évaluer les paramètres de la ligne, basées sur la résolution d'un problème de Laplace 2D, ainsi qu'une méthode de couplage champs/câbles basée sur le courant de mode commun. L'ensemble de ce travail nous a permis de proposer une méthode numérique efficace pour calculer les effets électromagnétiques induits par une source (type onde plane ou dipolaire) sur des sites de grande dimension, composés de plusieurs bâtiments reliés entre eux par un réseau de câbles. Dans ce cadre une application à la foudre a été réalisée.
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Srinivasan, Gopikrishna. "Multiscale EM and circuit simulation using the Laguerre-FDTD scheme for package-aware integrated-circuit design." Diss., Atlanta, Ga. : Georgia Institute of Technology, 2008. http://hdl.handle.net/1853/24705.
Full textAbstract:
Thesis (Ph.D.)--Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, 2008.Committee Chair: Prof. Madhavan Swaminathan; Committee Member: Prof. Andrew Peterson; Committee Member: Prof. Sungkyu Lim
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Muot, Nathanaël. "Stratégies d’hybridation de méthodes de simulation électromagnétique FDTD/MTL : Application à l’étude de grands systèmes complexes." Thesis, Toulouse, ISAE, 2013. http://www.theses.fr/2013ESAE0019/document.
Full textAbstract:
Dans ce mémoire, nous présentons une stratégie basée sur une approche hybridedans le domaine temporel, couplant une méthode de résolution des équations de Maxwelldans le domaine 3D (FDTD) avec une méthode de résolution des équations de ligne detransmission, afin de pouvoir simuler des problèmes électromagnétiques de grande échelle. Lemémoire donne les éléments d’hybridation pour deux cadres d’utilisation de cette approche :une approche multi-domaine et une approche multi-résolution ou d’échelle.L’approche multi-domaine est une extension de la méthode FDTD 3D à plusieurs sousdomainesreliés par des structures filaires sur lesquelles on résout une équation de lignes detransmission par un formalisme FDTD 1D. La difficulté est d’abord d’avoir une définitionimplicite du champ électromagnétique dans la théorie des lignes de transmission, et d’autrepart de prendre en compte les effets du sol sur les courants induits au niveau des lignes etsur les champs électromagnétiques.L’approche multi-résolution ou d’échelle est conçue pour étendre les capacités de la méthodeFDTD au traitement du routage de câbles complexes ayant une section plus petite quela taille de la cellule. Ce mémoire présente différentes techniques pour évaluer les paramètresde la ligne, basées sur la résolution d’un problème de Laplace 2D, ainsi qu’une méthode decouplage champs/câbles basée sur le courant de mode commun.L’ensemble de ce travail nous a permis de proposer une méthode numérique efficace pourcalculer les effets électromagnétiques induits par une source (type onde plane ou dipolaire)sur des sites de grande dimension, composés de plusieurs bâtiments reliés entre eux par unréseau de câbles. Dans ce cadre une application à la foudre a été réaliséeIn this thesis, we present a strategy based on a hybrid approach in the timedomain, by coupling 3D method (FDTD) with a multi-conductors transmission line (MTL)method, in order to simulate complex large scale electromagnetic problems. This reportgives the theoretical and numerical elements for coupling these approaches for two kindof problems, which are the multi domains approach and the multi scale approach. Themultiple domains approach is an extension of the classical FDTD method taking into accountseveral 3D subdomains, interconnected by a wire network, on which a 1D transmission lineformalism is used. The main issues are, on one hand to have an implicit expression ofthe electromagnetic field in the transmission line approach, and on the other hand to beable to take into account the ground effects on the induced currents, on the transmissionline parameters and on the electromagnetic field. The multi scale approach is developed toextend the capabilities of FDTD to deal with complex cables routing. We assume that thecross section of the cables are smallest than the cell size, and in these problems, the 1Dtransmission line problem is physically included in the 3D global computational domain.The work done in this thesis leaded to a new field to transmission line coupling based onthe common mode current, and an evaluation of the transmission. line parameters basedon a Laplace equation resolution in 2D. In this work, we have elaborated and proposedefficient numerical strategies for the computation of electromagnetic induced effects on largeand complex sites, composed of several interconnected distant buildings. An application tolightning problems have been done
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Diouf, Ibrahima. "Multiscale analysis of ultrasonic backscattered signals for biological tissues identification : 3D FDTD simulation and in-vitro tests." Thesis, McGill University, 1999. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=36913.
Full textAbstract:
One of the goals of current research in medical ultrasound is to develop techniques to quantitatively differentiate between tissue types and tissue states on the basis of the changes in the backscattered signal caused by differences in the elastic properties of the tissues under study. In this dissertation, we proposed to classify white matter and gray matter of adult brain tissues. The first step in this investigation was to develop a linear dichotomizer for the classification of white matter and gray matter using a power spectrum eigenvector approach with Linear Discriminant Analysis (LDA). The LDA classifier is described in Chapter 4. The successful classification rates for pure white matter and pure gray matter tissues were 99% using the LDA. When the LDA was used in transition regions the successful classification rates for both type of tissues dropped to 56%. We concluded that the weakness with this classification scheme was that it did not exploit the information at different scales.In order to overcome this weakness, two multiscale classification methods were developed in Chapter 5, a power spectrum eigenvector approach with Wavelet transform-Linear Discriminant Analysis (WLDA) and a power spectrum eigenvector approach with Wavelet transform-Artificial Neural Network (WANN). Both methods were tested on calibrated media, also known as tissue mimicking phantoms, as well as on synthetically generated media. The data from synthetically generated media were obtained by a three Dimensional Finite Difference Time Domain method (3D FDTD). Both multiscale classification methods performed as well as the LDA method in classifying pure white matter and pure gray matter but they performed better than the LDA in transition regions. The successful classification rates in transition regions were 88% for white matter and 86% for gray matter using WLDA and 89% for white matter and 88% for gray matter using WANN.
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Dai, Jianming. "Microwave-assisted extraction and synthesis studies and the scale-up study with the aid of FDTD simulation." Thesis, McGill University, 2006. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=100342.
Full textAbstract:
The research undertaken in this thesis includes microwave-assisted extraction (MAE), synthesis, and the investigation of the scale-up of the microwave-assisted processes with the numerical aid.The main goal of this research is to study the various problems associated with the scale-up of the microwave-assisted extraction and synthesis processes. Laboratory studies were carried out to investigate the microwave-assisted extraction of known components from peppermint leaves and American ginseng. Various factors that influence the extraction processes were studied. Microwave-assisted extraction method was compared with conventional heating and room temperature extraction methods on the extraction of ginsenosides from American ginseng. Microwave-assisted extraction method was determined to have higher extraction rate than both room temperature extraction and reflux temperature extraction using hotplate heating indicating that there is acceleration factor in enhancing the extraction rate beyond the temperature influence.
In the study of synthesizing n-butyl paraben, microwave-assisted synthesis was observed to greatly increase the yield of n-butyl paraben in much shorter period of time compared to the classic synthesis method. A transition state theory was proposed to explain this rate enhancement. The study of the synthesis of parabens with different alcohol and the influencing factors on the synthesis of n-butyl paraben yield were also studied.
A visualization method was developed to determine the microwave distribution in a domestic microwave cavity. The method uses gypsum plate as carrier and cobalt chloride as indictor. A simulation program was developed using the finite difference time domain (FDTD) approach and written in C programming language. The program was proved to be very versatile in different type of cavity simulation. Not only cavities with different dimensions and geometrical designs can be simulated, multiple magnetrons and various ways of magnetron placement can also be integrated into the simulation program. The detailed power distribution can be visualized in a 3-D plot, and the power distribution in each layer can be analyzed using the simulation result. The power distribution information will be very useful and necessary before any real equipment development.
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Patel, Chirag Mukesh. "SAR MAP OF GEL PHANTOM IN A 64MHz MRI BIRDCAGE BY FIBER-OPTIC THERMOMETRY AND FDTD SIMULATION." DigitalCommons@CalPoly, 2011. https://digitalcommons.calpoly.edu/theses/472.
Full textAbstract:
As implantable medical devices are being used more often to treat medical problems for which pharmaceuticals don’t suffice, it is important to understand their interactions with commonly used medical modalities. The interactions between medical implants and Magnetic Resonance Imaging machines have proven to be a risk for patients with implants.
Implanted medical devices with elongated metallic components can create harmful levels of local heating in a Magnetic Resonance Imaging (MRI) environment [1]. The heating of a biological medium under MRI is monitored via the Specific Absorption Rate (SAR). SAR, defined as power absorbed per unit mass (W/kg), can be calculated as , where σ is electrical conductivity of the medium in units of , |E| is the magnitude of the applied electric field in units of , and ρ is the density of the medium in units of . For continuous, uniform power deposition this can be measured experimentally as a rise in temperature over time (∆T/t), where c is the specific heat capacity of the medium in units of. To understand the SAR induced in-vivo, a phantom (Figure 2.10) is used to conduct in-vitro experiments, as it provides a controllable and repeatable experimental setup.
In order to experiment in the phantom, an understanding of the background SAR distribution and in turn the exposure field distribution of the phantom is required as per the ASTMF2182-09 standard [2]. In this work, the background SAR distribution of an ASTM standard torso phantom is measured and studied via fiber optic thermometry. The measurements are compared with an electromagnetic model simulated via FDTD, demonstrating agreement between 10-25%. A custom exposure and data collection setup (including oscilloscope, function generator, RF amplifier, directional coupler, and Neoptix Omniflex Fiber Optic Thermometry system) was integrated and automated using NI LabView.
The purpose of this thesis is to map the field distribution in a torso phantom under RF exposure from a 64 MHz MRI RF Birdcage, compare the results to an electromagnetic simulation, and finally conclude the accuracy of this method for field measurements in a standard torso phantom. Understanding the capabilities and accuracy of the fiber optic thermometry method will ultimately allow researchers to successfully apply this method to monitor background fields in their respective experimental setups (related to MRI implant heating) and understand its limitations.
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Krutílek, David. "Numerická analýza účinků elektromagnetického pole na semikompozitní letoun EV55." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2013. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-220273.
Full textAbstract:
This thesis deals with problems of electromagnetic fields' simulations in the aerospace industry. Electromagnetic effects of the external environment that maybe met during a standard flight (high-intensity radiated fields and lightning strike) are described hereinafter with a reference to their simulations on a digital mockup. A brief summary of the nowadays methods and solvers in computational electromagnetics to be practically used for the modeling and simulations in this field is elaborated as a base for the following parts of the diploma task. The next goal was to create a convenient model simulation of the researched object semi-composite aircraft EV55, on which chosen computing methods will be compared with the results of the real measuring.
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Ehrhardt, Loïc. "Modélisation en domaine temporel de la propagation acoustique." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00904203.
Full textAbstract:
La propagation acoustique en milieu externe est fortement influencée par l'environnement. Les effets liés à la géométrie, comme la topographie ou la présence d'obstacles, sont principalement les réflexions et les diffractions. Concernant l'effet de l'atmosphère, les gradients moyens génèrent des réfractions tandis que la turbulence provoque des fluctuations aléatoires et une perte de cohérence du signal. La plupart de ces effets sont généralement bien décrits de manière théorique, cependant dans les configurations réelles le cumul de tous ces effets rend l'utilisation des expressions analytiques très difficile. Les études expérimentales présentent également des limites liées à la difficulté de connaître l'environnement parfaitement et d'isoler un effet physique particulier. Dans cette perspective, la simulation numérique est une alternative pratique et complémentaire à la théorie et l'expérimentation. Parmi les modèles numériques de propagation existants, ceux basés sur une résolution par différences finies dans le domaine temporel (FDTD pour Finite-Difference Time-Domain) des équations d'Euler linéarisées sont récents et particulièrement prometteurs. Cependant comme pour tout modèle nouveau, il reste à montrer qu'effectivement l'ensemble des phénomènes physiques d'intérêt sont retranscrits.Dans le cadre de ses études sur la propagation acoustique extérieure, l'Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis (ISL) a implémenté un tel modèle de propagation. Cette implémentation est ci-après appelée ITM, pour ISL FDTD Model. L'objectif de cette thèse, proposée par l'ISL en collaboration avec le Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique (LMFA), est de poursuivre le développement et les validations de cette implémentation. Une part importante du travail consiste également à illustrer les potentialités du code ITM pour des applications de propagation de signaux acoustiques complexes dans un environnement complexe. [...]
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Torin, Alberto. "Percussion instrument modelling in 3D : sound synthesis through time domain numerical simulation." Thesis, University of Edinburgh, 2016. http://hdl.handle.net/1842/31029.
Full textAbstract:
This work is concerned with the numerical simulation of percussion instruments based on physical principles. Three novel modular environments for sound synthesis are presented: a system composed of various plates vibrating under nonlinear conditions, a model for a nonlinear double membrane drum and a snare drum. All are embedded in a 3D acoustic environment. The approach adopted is based on the finite difference method, and extends recent results in the field. Starting from simple models, the modular instruments can be created by combining different components in order to obtain virtual environments with increasing complexity. The resulting numerical codes can be used by composers and musicians to create music by specifying the parameters and a score for the systems. Stability is a major concern in numerical simulation. In this work, energy techniques are employed in order to guarantee the stability of the numerical schemes for the virtual instruments, by imposing suitable coupling conditions between the various components of the system. Before presenting the virtual instruments, the various components are individually analysed. Plates are the main elements of the multiple plate system, and they represent the first approximation to the simulation of gongs and cymbals. Similarly to plates, membranes are important in the simulation of drums. Linear and nonlinear plate/membrane vibration is thus the starting point of this work. An important aspect of percussion instruments is the modelling of collisions. A novel approach based on penalty methods is adopted here to describe lumped collisions with a mallet and distributed collisions with a string in the case of a membrane. Another point discussed in the present work is the coupling between 2D structures like plates and membranes with the 3D acoustic field, in order to obtain an integrated system. It is demonstrated how the air coupling can be implemented when nonlinearities and collisions are present. Finally, some attention is devoted to the experimental validation of the numerical simulation in the case of tom tom drums. Preliminary results comparing different types of nonlinear models for membrane vibration are presented.
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Louvion, Nicolas. "Microscopie en champ proche optique de structures à base de cristaux photoniques." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2005. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/nlouvion.pdf.
Full textAbstract:
Une étude en SNOM a été réalisée sur des structures actives à base de cristaux photoniques. Ces structures ont été étudiées dans le proche infrarouge par spectroscopie de photoluminescence résolue spatialement et spectralement. La sonde SNOM est une fibre optique effilée non métallisée, de 250 nm de diamètre, utilisée en mode collection. Ce dispositif nous a permis d'étudier différentes structures à base de CP2D, notamment des cavités H1 et H2, en champ procheActive photonic crystals microcavities have been studied by NSOM measurements. Those structures have been studied by spacialy and spectrally resolved near infrared photoluminescence spectroscopy. The NSOM probe is an non metallised chemically etched optical fiber, with a diameter of 250 nm, used in collection mode. This device allow us to study several photonic crystal based-on structures, especially H1 an H2 in microcavities, in near field
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Pascaud, Romain. "Nouveaux schémas rapides pour la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) : Application à la simulation d'antennes environnées." Rennes, INSA, 2007. http://www.theses.fr/2007ISAR0025.
Full textAbstract:
Apres une introduction a la methode des differences finies dans le domaine temporel (fdtd), une discussion sur quelques methodes avancees est realisee. Nous nous sommes focalises sur des approches sequentielles qui permettent l'analyse du probleme en deux simulations distinctes. Ces methodes necessitent un echange important de donnees. Nous proposons donc une technique de compression de l'information "champ proche" qui permet la reduction de plus de 99% du nombre de donnees a stocker. Ensuite, un nouveau schema rapide pour la fdtd est introduit : la fdtd a grilles duales (dg-fdtd). Avec la dg-fdtd, l'antenne est caracterisee seule a l'aide d'une fdtd fine, puis son rayonnement primaire sert d'excitation a un volume fdtd grossier decrivant l'antenne avec son environnement. Ce nouveau schema est applique a la simulation de structures realistes. Finalement, deux techniques hybrides simples a mettre en oeuvre sont exposees. Elles sont basees sur l'hybridation de la dg-fdtd avec la mr-fdtdAfter the introduction of the finite-difference time-domain method (fdtd), several advanced methods are given. We focused on sequential approaches that enables the overall analysis to be divided into two different fdtd simulations. These approaches require a large data exchange. We propose a new near-field data compression technique that reduces the near-field data file by 99%. Then, a new fdtd scheme for the fast simulation of surrounded antennas is presented : the dual-grid fdtd (dg-fdtd). With the dg-fdtd, the antenna is analysed alone with a fine fdtd simulation, then its primary radiation acts as the excitation of a coarsely meshed fdtd volume that includes both the antenna and its environment. The dg-fdtd is applied to the simulation of realistic structures. Finally, two simple hybrid techniques, easy to implement, are presented. They are based on the hybridisation of the dg-fdtd and the mr-fdtd
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McGarvey, Brian Scott. "Coupling of Solid-State and Electromagnetic Equations for the Computationally Efficient Time-Domain Modeling and Design of Wireless Packaged Geometries with NonlinearActive Devices." Thesis, Georgia Institute of Technology, 2007. http://hdl.handle.net/1853/14551.
Full textAbstract:
This document contains a proposal for the creation of a simulator that can accurately model the interaction of electromagnetic (EM) and semiconductor effects for modern wireless devices including nonlinear and/or active devices.
The proposed simulator couples the balanced semiconductor equations (charge, momentum, kinetic energy) with a FDTD full-wave Yee-based electromagnetic (EM) simulator. The resultant CAD tool is able to model the response of one semiconductor device to both small signal and DC bias based on the process parameters (material, charge distribution and doping) without any a-priori knowledge of the device performance characteristics, thus making it extremely useful in modeling and integrating novel devices in RF and Wireless topologies. As a proof of concept an n+--i--n+ diode will be simulated. In the future, more complicated structures, such as MODFETs, will be modeled as well.
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Poujet, Y. "Transmission exaltée à travers des tamis à photons à ouvertures annulaires nanométriques : simulation et caractérisation." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00293093.
Full textAbstract:
La communauté scientifique internationale s'intéresse fortement aux transmissions exaltées de la lumière à travers des films métalliques nano-structurés ou tamis à photons. Ces structures offrent de nombreuses applications dans le domaine de la nanophotonique. Nous proposons d'utiliser comme nano-structure une matrice d'ouvertures annulaires percées dans un film opaque d'or ou d'argent. Ces cavités coaxiales rendent possible l'excitation d'un mode guidé permettant d'atteindre des transmissions supérieures à celles obtenues par des tamis à photons basés sur des résonances plasmons. L'étude théorique utilise une méthode numérique basée sur les différences finies dans le domaine temporel pour résoudre les équations de Maxwell. L'influence des paramètres géométriques et de la nature du métal est étudiée de façon à obtenir une forte transmission dans le domaine du visible. Une cartographie du champ à l'intérieur des cavités et à la surface est calculée pour caractériser l'exaltation du champ et déterminer la nature du mode guidé.
Ce travail théorique s'appuie sur des caractérisations expérimentales effectuées en champ proche et en champ lointain. L'étude en champ proche a permis de cartographier le champ électrique au voisinage immédiat des ouvertures annulaires : la structure expérimentale met en évidence le rôle fondamental du mode TE11 dans l'exaltation de la transmission. Des spectres expérimentaux obtenus en champ lointain confirment, pour un film d'argent, une transmission d'environ 90 % en parfait accord avec les prévisions théoriques. Ce résultat constitue, à notre connaissance, une première mondiale.
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Lee, Richard Todd. "A novel method for incorporating periodic boundaries into the FDTD method and the application to the study of structural color of insects." Diss., Atlanta, Ga. : Georgia Institute of Technology, 2009. http://hdl.handle.net/1853/29772.
Full textAbstract:
Thesis (Ph.D)--Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, 2009.Committee Chair: Smith, Glenn; Committee Member: Buck, John; Committee Member: Goldsztein, Guillermo; Committee Member: Peterson, Andrew; Committee Member: Scott, Waymond. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.
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Miry, Céline. "Schémas multigrilles pour la méthode des différences finies dans le domaine temporel(FDTD) : Application à la simulation de réseaux corporels sans fil (WBAN)." Rennes, INSA, 2010. http://www.theses.fr/2010ISAR0015.
Full textAbstract:
Les réseaux corporels sans fil (WBAN pour Wireless Body Area Network) consistent en un ensemble d'objets communicants placés directement sur ou à l'intérieur du corps humain. Les domaines d'application sont variés et s'étendent du domaine médical au domaine militaire en passant par les loisirs. Les travaux de cette thèse ont été consacrés au développement de nouvelles techniques de simulation électromagnétique dédiées à l'analyse rapide et précise de la transmission des ondes radio entre les objets communicants d'un réseau WBAN. Face à la nature tridimensionnelle et inhomogène du milieu de propagation, la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) s'est avérée la mieux adaptée pour résoudre ce genre de problème. Cependant, sous sa forme classique, cette méthode impose un schéma de maillage uniforme qui rend les simulations coûteuses en ressources informatiques. Deux nouveaux schémas multigrilles en FDTD sont proposés dans cette thèse. Ces schémas sont basés sur la division du problème global en sous-volumes FDTD indépendants permettant de caractériser chaque élément à l'aide d'un maillage approprié. Le transfert de l'information électromagnétique entre les volumes est assuré par l'utilisation de surfaces de prélèvement et d'excitation. Ainsi les schémas proposés sont stables. Après avoir validé ces nouvelles approches sur des cas simples, elles sont appliquées à la simulation de problèmes complexes et réalistes. La transmission entre une antenne implantée dans le corps humain et un dipôle en espace libre est tout d'abord analysée. Différentes postures du corps ainsi que différents environnement de propagation sont considérés. Le canal de propagation sur le corps humain est ensuite caractérisé à l'aide de deux antennes disposées sur le corps. Enfin, le débit d'absorption spécifique à 900 MHz dans le cerveau d'un fœtus est calculé à l'aide d'un modèle numérique de femme enceinteThis thesis aims at developing new Finite Difference Time Domain (FDTD) schemes for the fast and accurate simulation of Wireless Body Area Network problems. This emerging technology consists of several body sensors placed on or inside the body. The application range is wide. It concerns medical, entertainment and military domains. The FDTD is an efficient numerical technique for analysing waves propagation in complex environments such as the human body. However, it involves a uniform cubic grid, which leads to time consuming simulations. Two multigrid FDTD schemes are proposed in this thesis. They are based on the principle of dividing the general problem into independent FDTD sub-volumes which aim at characterising each element with an appropriate mesh. The electromagnetic information transfer is realised by the use of near-field and excitation surfaces. Thus, the proposed schemes are stable. These approaches are first validated using canonical examples. Then, they are applied to the simulation of complex and more realistic problems. The transmission between an implanted antenna and a simple dipole is firstly analysed. Several body postures and environment are considered. The WBAN on-body channel is then characterised by use of two antennas placed on the body surface. Finally, the specific absorption rate is calculated at 900 MHz in the fetal brain of a numerical pregnant woman model
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Ara?jo, Lincoln Machado de. "An?lise te?rica e experimental de superf?cies seletivas de freq??ncia e suas aplica??es em antenas planares." Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2009. http://repositorio.ufrn.br:8080/jspui/handle/123456789/15294.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2009-08-13Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico
This work presents a theoretical and numerical analysis of structures using frequency selective surfaces applied on patch antennas. The FDTD method is used to determine the time domain reflected fields. Applications of frequency selective surfaces and patch antennas cover a wide area of telecommunications, especially mobile communications, filters and WB antennas. scattering parameters are obteained from Fourier Transformer of transmited and reflected fields in time domain. The PML are used as absorbing boundary condition, allowing the determination of the fields with a small interference of reflections from discretized limit space. Rectangular patches are considered on dielectric layer and fed by microstrip line. Frequency selective surfaces with periodic and quasi-periodic structures are analyzed on both sides of antenna. A literature review of the use of frequency selective surfaces in patch antennas are also performed. Numerical results are also compared with measured results for return loss of analyzed structures. It is also presented suggestions of continuity to this work
Este trabalho apresenta uma an?lise te?rica e num?rica de estruturas que utilizam superf?cies seletivas de frequ?ncia aplicadas a antenas do tipo patch. Para isso, ? utilizado o m?todo das diferen?as finitas no dom?nio do tempo (FDTD) visando determinar os campos refletidos a partir de uma onda plana incidente no dom?nio do tempo. As aplica??es das superf?cies seletivas de freq??ncia e antenas patch abrangem uma grande ?rea das Telecomunica??es, principalmente em comunica??es m?veis e v?o desde filtros at? as antenas banda larga. Especificamente, a an?lise usa os campos transmitidos e refletidos obtidos no dom?nio do tempo, em conjunto com transformada de Fourier permitindo a obten??o dos par?metros de transmiss?o da antena. A condi??o de contorno absorvedora utilizada foi a de camada perfeitamente casada (PML), permitindo a determina??o num?rica dos campos com uma quantidade menor de interfer?ncias provenientes de reflex?es nos limites do espa?o discretizado. S?o considerados patches retangulares condutores sobre uma camada diel?trica e alimentados por linha de microfita. Foram analisadas superf?cies seletivas de frequ?ncia peri?dicas e quase peri?dicas tanto no plano de terra quanto no plano do pr?prio patch. ? realizada uma revis?o bibliogr?fica a respeito da utiliza??o de superf?cies seletivas de frequ?ncia em antenas patch. Tamb?m s?o comparados resultados num?ricos e medidos para a perda de retorno das estruturas analisadas. S?o apresentadas, ainda, sugest?es de continuidade para este trabalho
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Bao, Wentao. "A Simulation and Optimization Study of Spherical Perfectly Matched Layers." The Ohio State University, 2017. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1494166698903702.
Full text
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Bui, Nicolas. "Méthode FDTD conforme et d’ordre (2,4) pour le calcul de SER large bande de cibles complexes." Thesis, Limoges, 2016. http://www.theses.fr/2016LIMO0118/document.
Full textAbstract:
L'évaluation précise de la surface équivalente radar (SER) large bande de cibles complexes et de grande dimension est réalisée par des méthodes numériques rigoureuses. Parmi celles-ci, la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD) est bien adaptée pour effectuer ce calcul de SER sur une large bande de fréquence et obtenir une signature temporelle de la cible. Le schéma de Yee, schéma FDTD historique pour la simulation de propagation d'ondes électromagnétiques en régime transitoire, souffre de deux points faibles cruciaux: la dispersion numérique imposant une finesse de maillage; et l'approximation de la géométrie curviligne par un maillage cartésien avec des marches d'escalier détériorant la qualité des résultats. Les schémas FDTD d'ordre supérieur en espace ont été investigués pour la réduction de l'effet de la dispersion numérique. Dans cette thèse, le schéma Conservative Modified FDTD(2,4) a été développé dont les performances, en précision et en ressources, sont très intéressantes pour le calcul de SER. Liés au problème de l'approximation de la géométrie curviligne, le traitement des bords de plaques métalliques reste une difficulté non résolue pour les schémas FDTD(2,4) à stencil élargi. Les techniques conformes sont des approches développées pour le schéma de Yee, lesquelles ont été étudiées pour les schémas FDTD(2,4) afin de prendre en compte correctement la géométrie curviligne. Nous proposons une nouvelle approche reposant sur le modèle des fils obliques pour la modélisation des éléments surfaciques métalliques. Des applications SER de cibles montrent que celle-ci est prometteuseRigorous numerical methods are used to compute an accurate wideband radar cross section (RCS) evaluation of large complex targets. Among these, finite differences in time domain method is appropriated for the wideband characteristic and also to obtain a transient responses of the target. The Yee scheme, known historically as an FDTD scheme for Maxwell equations, is hindered by two crucial weak points: numerical dispersion which imposes a high mesh resolution; and staircase approximation of curve geometry which deteriorates results quality. High-order space differential operator for FDTD schemes have been investigated to limit numerical dispersion errors. In this thesis, the Conservative Modified FDTD(2,4) scheme has been developed and its performance has shown very accurate results with reasonable workload for RCS computation. Relating to curve geometry modeling problem, metallic edges modeling is still an unsolved problem for FDTD(2,4) schemes with enlarged stencil. Conformal techniques have been developed for the Yee scheme and has been studied for FDTD(2,4) to accurately model curve geometry. We propose a new approach based on oblique thin wire model to model metallic surfaces. RCS computations of several targets have shown that this method is promising
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Saison-Francioso, Ophélie. "Étude théorique et modélisation par la méthode FDTD de nanostructures plasmoniques : application à la conception de biocapteurs." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10189/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse est une contribution à l’étude des propriétés optiques de structures plasmoniques composées de nanoparticules métalliques. Il s’appuie sur diverses simulations numériques réalisées à l’aide de la méthode des différences finies dans le domaine temporel ou FDTD (Finite-Difference Time-Domain). La première partie de ce travail concerne l’étude d’un réseau périodique de nanofils d’or, de section droite rectangulaire, situé au sein d’un environnement diélectrique multi-couches. L’influence des paramètres géométriques des nanofils, de la période du réseau et de l’épaisseur de diélectrique recouvrant les nanofils sur la position spectrale de la résonance plasmonique a été explorée. Cette étude a démontré que la longueur d’onde de résonance oscille quand l’épaisseur du diélectrique recouvrant les nanofils varie. Un modèle analytique simple a été développé afin de mieux appréhender l’origine de ces oscillations. L’influence des indices de réfraction de la matrice diélectrique sur les paramètres de l’oscillation a également été analysée. La deuxième partie de ce travail a été consacrée à la détermination et à l’étude de facteurs contrôlant la sensibilité des capteurs à résonance de plasmons de surface localisés. Différentes formes de nanoparticules et différents types de nanofils ont été analysés. De plus, trois grands thèmes ont été abordés :- l’influence sur la sensibilité du substrat sur lequel sont déposées les nanoparticules,- l’influence sur la sensibilité du matériau recouvrant les nanoparticules et,- l’origine du lien existant entre la longueur d’onde de résonance plasmonique et la sensibilité des nanoparticules à un changement d’indice de réfractionThis thesis is a contribution to the optical properties study of plasmonic structures composed by metallic nanoparticles. This study is based on numerical simulation results obtained by the Finite-Difference Time-Domain method (FDTD).The first part of this work is related to the analysis of gold nanowires periodic arrays, which section is rectangular, placed in a multi-layered dielectric environment. The influence of the nanowires geometrical parameters, of the array period and of the dielectric thickness covering the nanowires on the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) spectral position has been explored. This study especially demonstrated that the resonance wavelength oscillates when the dielectric thickness covering the nanowires is varying. A simple analytical model has been developed in order to better understand the oscillations origin. The influence of the refractive indexes of the dielectric matrix on the oscillation parameters has been analyzed too.The second part of this work concerns the determination and the study of factors controlling LSPR sensors sensitivity. Different shapes of nanoparticles and different kinds of nanowires have been considered. Moreover, three wide topics have been approached in this part:- the influence of the nanoparticles substrate on the sensitivity,- the influence of the material covering the nanoparticles on the sensitivity and,- the origin of the relationship between the LSPR wavelentgh and the refractive index sensitivity of the nanoparticles
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Atteia, François. "Développement d'un procédé de texturation de surface du silicium et intégration sur des cellules photovoltaïques et photodétecteurs." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2020. http://www.theses.fr/2020AIXM0158.
Full textAbstract:
Le piégeage de la lumière est un phénomène initialement observé dans la nature. Avec l’apparition de nouvelles technologies de réalisation à l’échelle nanométrique, il connaît aujourd’hui une forte évolution. Cette capacité à absorber la lumière est devenue essentielle pour un nombre croissant d’applications en particulier le photovoltaïque. Une de ces méthodes est la fabrication de nanostructures en surface du matériau. L’objectif principal de cette thèse est de développer un procédé de modification de la surface du silicium (appelé « Black Silicon ») à température ambiante par gravure plasma qui sera intégré sur une cellule photovoltaïque. Pour atteindre ce but, le travail de thèse s’est déroulé en trois étapes autour de la réalisation de Black Silicon (BS) absorbant plus de 99% de la lumière sur de larges surfaces, puis sur la conception et la fabrication d’une cellule photovoltaïque (PV) sans BS (avec un rendement de 13%), avant d’aborder la dernière étape qui concerne l’intégration et la passivation électrique du BS sur ces cellules PV. En conclusion, la nanostructuration de surface du Silicium, par le procédé que nous avons développé et la preuve de concept réalisée sur des cellules photovoltaïque à contacts arrières interdigités, offrent de nombreuses perspectives dans le domaine de la captation et de la conversion de l’énergie solaire mais également en imagerieLight trapping is a phenomenon initially observed in the nature. With the advent of new technologies, it is undergoing a strong evolution today. This ability to absorb light has become essential for a growing number of applications, in particular photovoltaics. One of these methods is the fabrication of nanostructures on the material surface.The main objective of this PhD is to develop a process for modifying the surface of silicon (called Black Silicon) at room temperature by plasma etching which will be integrated onto a photovoltaic cell surface. To achieve this goal, the thesis work took place in three stages around the realization of Black Silicon (BS) absorbing more than 99% of light on large surfaces, then on the design and manufacturing of a photovoltaic cell (with a yield of 13%), the last step concerns the passivation of the BSIn conclusion, the surface nanostructuring of Silicon, by the process that we have developed and the proof of concept carried out on photovoltaic cells with interdigitated back contacts, offer numerous perspectives in the field of energy harvesting and solar conversion but also in imaging