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A Controllability Method for Maxwell's Equations

Authors :
T. Chaumont-Frelet
M. J. Grote
S. Lanteri
J. H. Tang
Modélisation et méthodes numériques pour le calcul d'interactions onde-matière nanostructurée (ATLANTIS)
Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (LJAD)
Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (LJAD)
Department of Computer Science (University of Basel)
University of Basel (Unibas)
Institut des Sciences de la Terre (ISTerre)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Gustave Eiffel-Université Grenoble Alpes (UGA)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (JAD)
Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (JAD)
Source :
SIAM Journal on Scientific Computing, SIAM Journal on Scientific Computing, 2022, ⟨10.1137/21M1424445⟩
Publication Year :
2022
Publisher :
Society for Industrial & Applied Mathematics (SIAM), 2022.

Abstract

International audience; We propose a controllability method for the numerical solution of time-harmonic Maxwell's equations in their first-order formulation. By minimizing a quadratic cost functional, which measures the deviation from periodicity, the controllability method determines iteratively a periodic solution in the time domain. At each conjugate gradient iteration, the gradient of the cost functional is simply computed by running any time-dependent simulation code forward and backward for one period, thus leading to a non-intrusive implementation easily integrated into existing software. Moreover, the proposed algorithm automatically inherits the parallelism, scalability, and low memory footprint of the underlying time-domain solver. Since the time-periodic solution obtained by minimization is not necessarily unique, we apply a cheap post-processing filtering procedure which recovers the time-harmonic solution from any minimizer. Finally, we present a series of numerical examples which show that our algorithm greatly speeds up the convergence towards the desired time-harmonic solution when compared to simply running the time-marching code until the time-harmonic regime is eventually reached.

Details

ISSN :
10957197 and 10648275
Volume :
44
Database :
OpenAIRE
Journal :
SIAM Journal on Scientific Computing
Accession number :
edsair.doi.dedup.....dc72bd319687edd419b5def339b5d47a