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FDTD(时域有限差分)是一种广泛应用于电磁场仿真的数值计算方法,特别适合处理复杂的3D结构问题。该算法通过离散化时间和空间来直接求解麦克斯韦方程组,能直观模拟电磁波与物体的相互作用过程。
核心原理是将计算区域划分为Yee网格,每个网格点上的电场和磁场分量按时间步交替更新。3D实现需考虑六个场分量的空间分布,其稳定性受CFL条件约束,时间步长必须小于网格分辨率的阈值。
相比频域方法,FDTD 3D的独特优势在于单次仿真即可获取宽频带结果,并能自然呈现瞬态现象。典型应用包括光学纳米结构分析、天线设计以及复杂媒质中的波传播研究。实现时需注意吸收边界条件的设置以抑制反射误差,现代加速技术如GPU并行可显著提升大规模3D仿真的效率。