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有限差分时间域方法†
†本文接受的手稿版本：F。L. Teixeira，C。Sarris，Y。Zhang，D.-Y.na，J.-P。 Berenger，Y。Su，M。Okoniewski，W。C. Chew，V。Backman和J. J. Simpson，“有限差分时间域方法”，Nat。修订版方法引物3，75（2023）。doi：10.1038/s43586-023-00257-4记录的最终版本，网址为：https：//www.nature.com/articles/s43586-023-00257-4
有限差分时间域方法
有限差分时间域（FDTD）方法是一种用于复杂介质和详细几何形状电磁场全波分析的广泛数值工具。FDTD方法的应用涵盖了一定的时间和空间尺度，从亚原子到银河系长到银河系，从经典到量子物理学。从FDTD方法中受益的技术领域包括生物医学 - 生物成像，生物素化学，生物电子学和生物传感器；地球物理学 - 遥感，通信，太空天气危害和地理位置；超材料 - 次波长聚焦镜片，电磁斗篷和连续扫描泄漏的波天线；光学 - 衍射光学元件，光子带隙结构，光子晶体波导和环形谐振器设备；血浆 - 等离子波导和天线；和量子应用 - 量子设备和量子雷达。该底漆总结了FDTD方法的主要特征，以及关键扩展，使能够为不同的研究问题获得准确的解决方案。此外，还讨论了硬件注意事项，以及如何从FDTD模型的输出中提取大小和相位数据，布里鲁因图和散射参数的示例。底漆以讨论正在进行的挑战和机会的讨论结束，以进一步增强当前和未来应用的FDTD方法。
在富勒烯-C 60中封装的孔和para水的旋转相干性，由时间域Terahertz光谱
我们通过时间域Terahertz（THZ）光谱法解决了将分离的水分子的实时相干旋转运动封装在富勒烯-C 60笼子中的实时旋转运动。我们采用单周期脉冲来激发水的低频旋转运动，并测量水分子电磁波随后的相干发射。在低于〜100 K的温度下，C 60晶格振动阻尼被减轻，并以明显长的旋转一致性清晰地溶解了封闭水的量子动力学，扩展到10 ps以上。观察到的旋转转变与气相中单水分子的低频旋转动力学非常吻合。然而，还观察到一些其他光谱特征，其主要贡献在〜2.26 THz处，这可能表明水旋转与C 60晶格声子之间的相互作用。我们还解决了突然冷却至4 K后水排放模式的实时变化，这意味着在10s小时内将正孔转换为偏水。观察到的隔离水分子限制在C 60中的长相干旋转动力学使该系统成为未来量子技术的有吸引力的候选者。
高级的分布式时间域分析模拟...
在HPCMP Portal TASAT上的高级跟踪（TASAT）软件的分布式时间域分析模拟首先是在被动和主动的照明条件下以及使用地面成像系统的详细模拟进行的。tasat已演变为支持空间成像和照明器平台，用于被动（太阳能，月球，地球）和目标（激光）目标。tasat在模拟的地球轨道中提供了详细的三维（3D）计算机辅助设计（CAD）卫星模型的详细的二维（2D）渲染。使用射线示踪技术以及卫星几何和材料光学特性的数据库进行渲染。3D CAD模型的每个元素都有其自身的材料特性，因此可以确定每个表面的适当的光学，极化和散射效应。然后将渲染的图像字段与成像系统点扩散函数（PSF）进行卷积，并使用传感器空间采样和噪声模型降级，以为定义的场景提供逼真的卫星图像模拟，以作为时间的函数。tasat使用卫星材料的多光谱光学特性的库来生成用于特定目标和观察场景的辐射标志。这些材料先前已经在各种波长和观察几何形状上进行了测量，并以光学量（例如光谱反射率和双向反射率函数（BRDF）值（BRDF）值（用于有限数量的波长）值。使用TASAT对空间对象图像和相关的辐射准确性的模拟来增强对空间对象现象学（例如对象表面“闪烁”）的理解。AFRL正在与TASAT合作，开发基于物理的，详细的对空间对象成像的理解。通过生成模拟图像数据，用于不同的目标情景和广泛的光学传感器（可见到长波长红外）的知识库，支持卫星识别和表征的知识库正在发展。此知识用于对图像进行分析，以确定利用图像信息的最佳方法。