Galerkin descontínuo no domínio do tempo aplicado a problemas com múltiplas escalas em nanofotônica

dc.creatorFidel Edson de Souza
dc.date.accessioned2019-12-09T17:19:36Z
dc.date.accessioned2025-09-08T23:27:13Z
dc.date.available2019-12-09T17:19:36Z
dc.date.issued2019-07-10
dc.description.abstractThe constant increase in the need for technological resources that bring higher rates of transmission, processing, and storage of data, drives the study of the properties of electromagnetic propagation in nanoscale devices. Thus, we find in the literature a significative number of scientific researches for this purpose. With the advanced hardware available nowadays and the increasing development of numerical methods, research using numerical models simulations are becoming more common around the world. One of the most promising photonic devices is the planar guide, based on two-dimensional photonic crystals. Numerical methods in the time domain can simulate propagation in these guides revealing peculiar characteristics, such as slow light. Among the problems encountered in the modeling of nanophotonic devices are problems with multiple scales. Numerical methods have difficulty adjusting to different scales. The DGTD is a promising method in the treatment of problems with multiple scales since it uses unstructured meshes in domain discretization. However, in the standard version, the time integration can bring a big computational cost. Therefore, researchers have been proposed local time stepping strategies (LTS). Although the existing LTS methods are efficient, they still have limitations and do not exploit the full potential of spatial discretization DG. Therefore, it is possible to develop more efficient LTS strategies. The LTS strategy developed here is based on the linear multistep strong stability preserving method (SSPMS). However, in principle, it can be applied to any single stage method. To test the strategy, we applied on electromagnetic wave propagation on photonic crystals planar guides. The results validate and demonstrate the multiclass strategy efficiency.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/31467
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia elétrica
dc.subjectCristais fotônicos
dc.subjectGuias de ondas
dc.subjectGalerkin, Métodos de
dc.subject.otherCristais fotônicos
dc.subject.otherMultiescala
dc.subject.otherGuias de ondas
dc.subject.otherPasso de tempo local
dc.subject.otherLTS-DGTD
dc.titleGalerkin descontínuo no domínio do tempo aplicado a problemas com múltiplas escalas em nanofotônica
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor-co1Renato Cardoso Mesquita
local.contributor.advisor1Elson José da Silva
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2345499859996413
local.contributor.referee1Eduardo Henrique da Rocha Coppoli
local.contributor.referee1Cláudio Garcia Batista
local.contributor.referee1Adriano Chaves Lisboa
local.contributor.referee1Cássio Gonçalves do Rego
local.contributor.referee1Ricardo Luiz da Silva Adriano
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/5100945342170544
local.description.resumoO constante aumento da necessidade de recursos tecnológicos que tragam maiores taxas de transmissão, processamento e armazenamento de dados, impulsiona o estudo das propriedades da propagação eletromagnética em dispositivos de escala nanométrica. Assim, na literatura, são encontrados uma grande quantidade de trabalhos científicos com essa finalidade. Com os avançados hardwares que disponibilizamos nos dias atuais, juntamente com o desenvolvimento crescente dos métodos numéricos, cada vez mais os estudos através de modelos numéricos ganham força entre os pesquisadores em todo o mundo. Um dos dispositivos fotônicos mais promissores é o guia planar, baseado em cristais fotônicos bidimensionais. Métodos numéricos no domínio do tempo podem simular a propagação nestes guias revelando características peculiares, como a luz lenta. Dentre os problemas encontrados na modelagem de dispositivos nanofotônicos, estão os problemas com múltiplas escalas. Os métodos numéricos têm dificuldade de se ajustarem as diferentes escalas. O Galerkin descontínuo no domínio do tempo (discontinuous Galerkin time domain, DGTD) é um método promissor no tratamento de problemas com múltiplas escalas, pois usa malhas não estruturadas na discretização do domínio. Porém, na versão convencional, a integração do tempo pode trazer um grande custo computacional. Por isso, as estratégias de passo de tempo local (LTS - local time stepping) têm sido propostas por alguns pesquisadores. Apesar dos métodos LTS existentes serem eficientes, ainda apresentam limitações e não exploram todo o potencial da discretização espacial DG. Portanto, ainda há espaço para o desenvolvimento de métodos ainda mais eficientes. Dessa forma, nosso objetivo é estudar e desenvolver um método LTS-DGTD eficiente no tratamento de problemas de nano fotônica com múltiplas escalas. A estratégia LTS desenvolvida nesse trabalho é baseada no método linear com multipassos com forte preservação da estabilidade (SSPMS). Contudo, a princípio, pode ser aplicada à qualquer método que possua um único estágio. Os testes foram realizados em problemas de propagação eletromagnética, inclusive em guias planares baseados em cristais fotônicos. Os resultados obtidos validam a estratégia proposta e demonstram sua eficiência.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

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