复杂色散介质的电磁特性问题，特别是等离子体介质的研究是当前国内外研究的前沿热点之一，其研究对国家民用和国防应用领域具有重要价值。目前研究复杂等离子体介质主要的数值方法是时域有限差分（FDTD）方法。本书主要在前人研究FDTD方法的基础上提出了一种基于拉氏变换的FDTD方法，应用该方法分析了非时变及时变等离子体电磁特性。研究了FDTD方法中NPML吸收边界及其截断等离子体色散介质改进形式，并将UPML吸收边界条件推广应用于截断色散等离子体介质。提出了一种等离子体薄涂层电磁散射的SIBCs-FDTD方法。利用前面的方法分析了一维和二维（含空变）等离子体光子晶体的带隙特性及周期金属纳米结构表面等离子体激元的相关特性。
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第1章FDTD基本原理1
1.1麦克斯韦方程组及其离散化1
1.2FDTD基本点及基本计算区4
1.3数值稳定性6
参考文献6
第2章等离子体电磁特性的时域算法7
2.1一维等离子体FDTD算法7
2.1.1磁化等离子体的FDTD算法7
2.1.2CDLT-FDTD算法9
2.1.3LTJEC-FDTD算法11
2.1.4算例验证14
2.1.5非磁化等离子体的FDTD算法15
2.2三维等离子体FDTD算法16
2.2.1磁化等离子体的FDTD算法16
2.2.2非时变磁化等离子体的FDTD算法18
2.2.3非时变磁化等离子体的FDTD算法的数值验证19
2.2.4时变磁化等离子体的FDTD算法20
2.2.5时变磁化等离子体的FDTD算法的数值验证22
2.2.6非磁化等离子体的FDTD算法25
参考文献26
第3章截断普通介质NPML吸收边界28
3.1NPML方法28
3.1.1NPML方法的提出28
3.1.2电磁波在NPML吸收边界中的传输特性30
3.1.3基于拉伸坐标系的NPML吸收边界正确性验证32
3.1.4NPML吸收边界中不同区域的处理33
3.2截断普通介质的一维NPML吸收边界条件35
3.3截断普通介质的二维NPML吸收边界条件38
3.4截断普通介质的三维NPML吸收边界条件43
3.4.1普通介质的FDTD递推式43
3.4.2三维NPML吸收边界FDTD离散式的推导45
3.4.3算例验证与分析48
参考文献50
第4章截断色散介质NPML吸收边界52
4.1截断等离子体的一维M-NPML吸收边界条件52
4.1.1等离子体的一维FDTD递推式52
4.1.2基于拉普拉斯变换原理的电流密度FDTD迭代式53
4.1.3截断等离子体的一维M-NPML吸收边界递推式55
4.1.4算例验证与分析56
4.2截断等离子体的二维M-NPML吸收边界条件58
4.2.1等离子体的二维FDTD公式58
4.2.2截断等离子体的二维M-NPML吸收边界的公式60
4.2.3算例验证与分析64
4.3截断磁化等离子体的三维M-NPML吸收边界条件69
4.3.1磁化等离子体的三维FDTD公式69
4.3.2截断等离子体的三维M-NPML吸收边界公式73
4.3.3算例验证与分析76
参考文献81
第5章截断各向异性介质NPML吸收边界83
5.1NPML吸收边界截断半空间各向异性介质原理83
5.2截断半空间各向异性介质的一维NPML吸收边界条件87
5.2.1各向异性介质的一维FDTD递推式87
5.2.2截断各向异性介质的一维NPML吸收边界FDTD电场分量递推式90
5.2.3截断各向异性介质的一维NPML吸收边界FDTD磁场分量递推式91
5.2.4截断各向异性介质的一维NPML吸收边界FDTD拉伸变量递推式91
5.2.5截断半空间各向异性介质算例分析92
5.3截断各向异性介质的二维NPML吸收边界条件95
5.3.1各向异性介质的二维FDTD递推式95
5.3.2截断各向异性介质的二维TE波NPML吸收边界递推式100
5.3.3截断各向异性介质的二维TM波NPML吸收边界递推式102
5.3.4截断各向异性介质的二维NPML吸收边界算例分析104
5.4截断各向异性介质的三维NPML吸收边界条件109
5.4.1各向异性介质的三维时域差分方程109
5.4.2截断各向异性介质的三维NPML吸收边界：电场迭代式110
5.4.3截断各向异性介质的三维NPML吸收边界：磁场迭代式114
5.4.4NPML中辅助方程的FDTD迭代式及不同区域的处理118
5.4.5数值算例验证120
参考文献126
第6章色散介质M-UPML吸收边界128
6.1等离子体中麦克斯韦方程组128
6.2等离子体M-UPML吸收边界理论129
6.2.1M-UPML吸收边界电场公式129
6.2.2M-UPML吸收边界磁场公式132
6.3卷积处理及公式离散133
6.3.1卷积处理133
6.3.2FDTD离散公式134
6.4算法验证与分析135
6.4.1一维算例验证135
6.4.2三维算例验证137
参考文献142
第7章非时变等离子体中电磁波的电磁散射特性143
7.1非磁化等离子体电磁散射特性143
7.1.1不同等离子体碰撞频率下电磁散射特性分析143
7.1.2不同等离子体频率下电磁散射特性分析144
7.2磁化等离子体电磁散射特性145
7.2.1不同等离子体碰撞频率下电磁散射特性分析145
7.2.2不同等离子体频率下电磁散射特性分析146
参考文献153
第8章等离子体薄层涂覆导体目标磁散射的SIBCs-FDTD方法154
8.1并置SIBCs-FDTD方法154
8.1.1表面阻抗边界条件在FDTD方法中的运用154
8.1.2并置节点原理的提出156
8.2电磁波垂直入射到涂覆导体的并置SIBCs-FDTD方法159
8.2.1涂覆导体的时域表面阻抗边界条件159
8.2.2表面阻抗边界条件在FDTD方法中的实现162
8.2.3电磁波垂直入射到涂覆导体的数值算例164
8.3电磁波斜入射到涂覆导体的并置SIBCs-FDTD方法166
8.3.1电磁波斜入射到涂覆导体的时域表面阻抗表达式166
8.3.2并置节点表面阻抗边界条件公式在FDTD中的实现169
8.3.3平行极化电磁波斜入射到涂覆导体一维算例的验证171
8.3.4垂直极化电磁波斜入射到涂覆导体一维算例的验证174
8.4非磁化等离子体涂覆金属目标的并置SIBCs-FDTD方法176
8.4.1金属表面涂覆非磁化等离子体薄涂层的表面阻抗模型176
8.4.2表面阻抗边界条件公式在时域中的推导179
8.4.3三维并置节点SIBCs-FDTD迭代公式180
8.4.4算例验证与分析183
参考文献191
第9章时变等离子体中电磁波电磁特性193
9.1一维瞬变等离子体的算法验证与数值分析193
9.1.1一维瞬变等离子体电磁特性解析解的推导193
9.1.2FDTD算法验证与数值分析202
9.2一维缓变磁化等离子体的算法验证与数值分析206
9.2.1一维缓变等离子体电磁特性的理论分析206
9.2.2FDTD算法验证与数值分析213
9.3一维复杂变化等离子体的算法验证与数值分析216
9.3.1一维复杂变化等离子体电磁特性的理论分析216
9.3.2算法验证与数值分析220
9.4一维部分填充时变等离子体对电磁波的频域影响222
9.4.1部分填充非时变等离子体223
9.4.2部分填充瞬变等离子体225
9.4.3部分填充复杂时变非磁化等离子体227
9.4.4部分填充复杂时变磁化等离子体230
9.5三维谐振腔中填充时变等离子体后的特性232
9.5.1瞬变非磁化等离子体情形232
9.5.2瞬变磁化等离子体情形235
9.5.3缓变非磁化等离子体情形238
9.5.4缓变磁化等离子体情形242
9.6时变等离子体目标的电磁散射特性分析245
9.6.1时变非磁化等离子体球的电磁散射特性245
9.6.2时变磁化等离子体球的电磁散射特性246
9.6.3时变非磁化等离子体涂覆金属球的电磁散射特性247
9.6.4时变磁化等离子体涂覆金属球的电磁散射特性248
9.6.5时变非磁化等离子体涂覆导弹的电磁散射特性249
9.6.6时变磁化等离子体涂覆导弹的电磁散射特性250
参考文献252
第10章一维等离子体光子晶体带隙特性254
10.1一维垂直入射等离子体光子晶体254
10.1.1一维垂直入射等离子体光子晶体的模型254
10.1.2非磁化等离子体光子晶体的带隙特性254
10.1.3磁化等离子体光子晶体的带隙特性257
10.2一维斜入射等离子体光子晶体262
10.2.1一维斜入射等离子体光子晶体的模型262
10.2.2斜入射情况的修正FDTD方法263
10.2.3非磁化等离子体光子晶体的带隙特性273
10.2.4磁化等离子体光子晶体的带隙特性280
10.3ωp(z)的空变函数关系式和图形294
10.4一维垂直入射空变等离子体光子晶体的带隙特性295
10.4.1一维垂直入射空变等离子体光子晶体的模型295
10.4.2非磁化等离子体光子晶体的带隙特性296
10.4.3磁化等离子体光子晶体的带隙特性297
10.5一维斜入射空变等离子体光子晶体的带隙特性298
10.5.1一维斜入射空变等离子体光子晶体的模型及数值分析298
10.5.2一维斜入射空变等离子体光子晶体的FDTD算法299
10.5.3非磁化等离子体光子晶体的带隙特性301
10.5.4磁化等离子体光子晶体的带隙特性302
参考文献303
第11章二维等离子体光子晶体带隙特性305
11.1周期边界条件305
11.1.1Floquet定理306
11.1.2FDTD/PBC规则306
11.1.3新型周期边界法311
11.2二维垂直入射等离子体光子晶体带隙特性313
11.2.1二维等离子体光子晶体的模型313
11.2.2背景为普通介质的PPC带隙研究313
11.2.3背景为等离子体的PPC带隙研究318
11.3二维斜入射等离子体光子晶体带隙研究322
11.3.1二维斜入射等离子体光子晶体的模型及参数322
11.3.2斜入射情况等离子体光子晶体带隙研究322
11.4二维空变等离子体光子晶体的带隙特性326
11.4.1二维等离子体光子晶体的模型及参数326
11.4.2散射体为矩形时非磁化空变等离子体光子晶体的带隙特性327
11.4.3散射体为矩形时磁化空变等离子体光子晶体的带隙特性329
11.4.4散射体为圆形时非磁化空变等离子体光子晶体的带隙特性332
11.4.5散射体为圆形时磁化空变等离子体光子晶体的带隙特性334
11.4.6散射体为椭圆形时非磁化空变等离子体光子晶体的带隙特性336
11.4.7散射体为椭圆形时磁化空变等离子体光子晶体的带隙特性338
参考文献340
第12章周期金属纳米结构表面等离子体激元342
12.1周期结构的金属纳米粒子阵列透射谱342
12.1.1金属色散介质的FDTD迭代式推导343
12.1.2数值验证344
12.1.3计算模型345
12.1.4金属纳米粒子阵列透射谱345
12.1.5引入缺陷的金属纳米粒子阵列透射谱352
12.2周期结构的薄膜太阳能电池光吸收效率355
12.2.1计算模型355
12.2.2仿真结果356
12.2.3综合分析364
参考文献366
附录A368
附录B371
附录C376
附录D378
附录E等效输入阻抗公式推导380
附录F基于平面波的散射矩阵方法383
F.1TMz波383
F.2TEz波386
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