基于并行三維FDTD算法的光學(xué)仿真軟件的開(kāi)發(fā).pdf

1、FDTD算法，通過(guò)了近五十年的研究改進(jìn)，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，僅光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)利用它所發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量就在快速增長(zhǎng)，但是研究所必備的數(shù)值仿真軟件中卻基本都是由國(guó)外人員研發(fā)出來(lái)的?？梢?jiàn)，利用此類(lèi)知名軟件撰寫(xiě)的論文也獲得了世界范圍內(nèi)各大高水平期刊的認(rèn)可，比如Lumercial Solutions公司的FDTD Solutions、Optiwave公司的OptiFDTD等。這造成了我國(guó)在此行業(yè)的軟件水平與國(guó)外的差距，而且這種差距會(huì)隨著微納光學(xué)的快速

2、發(fā)展而逐步加大，故而開(kāi)發(fā)出一款具備國(guó)家自主產(chǎn)權(quán)的兼顧系統(tǒng)架構(gòu)、算法效率與數(shù)據(jù)分析功能的專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)軟件來(lái)解決很多通用的電磁問(wèn)題，變得越來(lái)越有必要。
　　本文的主要目的就是研發(fā)出一款采用并行三維時(shí)域有限差分算法的光學(xué)模擬仿真軟件。該軟件采用高效的C++編程語(yǔ)言編寫(xiě)而成，架構(gòu)是基于MVC的MFC，在保證算法效率的同時(shí)具備一定的可擴(kuò)展性。除了具備三維可視化、波導(dǎo)模型設(shè)計(jì)、邊界條件設(shè)置、激勵(lì)光源添加、數(shù)據(jù)結(jié)果分析等基本功能外，還有兩個(gè)特色之處

3、：
　　1.利用OpenMP將串行執(zhí)行的FDTD算法并行化，充分利用當(dāng)今計(jì)算機(jī)的多CPU內(nèi)核和大內(nèi)存的優(yōu)勢(shì)來(lái)提高算法的運(yùn)行效率；
　　2.采用數(shù)據(jù)庫(kù)與文本雙存儲(chǔ)引擎，充分利用二者各自的優(yōu)點(diǎn)來(lái)適配模擬仿真項(xiàng)目。
　　本文最后通過(guò)一個(gè)完整的示例演示軟件所具備的基本功能；利用串行算法、并行算法來(lái)模擬仿真同一個(gè)項(xiàng)目，分別得到項(xiàng)目的運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)該數(shù)據(jù)的分析，驗(yàn)證并行算法相比于串行算法所帶來(lái)效率提升，并結(jié)合操作系統(tǒng)原理給出