Perfectly matched layers in negative index metamaterials and plasmas

Couches absorbantes parfaitement adaptées dans les métamatériaux à indice négatif et dans les plasmas

Eliane Bécache (1) , Patrick Joly (1) , Maryna Kachanovska (1) , Valentin Vinoles (1)

1 POEMS - Propagation des Ondes : Étude Mathématique et Simulation

This work deals with the stability of Perfectly Matched Layers (PMLs). The first part is a survey of previous results about the classical PMLs in non-dispersive media (construction and necessary condition of stability). The second part concerns some extensions of these results. We give a new necessary criterion of stability valid for a large class of dispersive models and for more general PMLs than the classical ones. This criterion is applied to two dispersive models: negative index metamaterials and uniaxial anisotropic plasmas. In both cases, classical PMLs are unstable but the criterion allows us to design new stable PMLs. Numerical simulations illustrate our purpose.

Ce travail porte sur la stabilité des Couches Absorbantes Parfaitement Adaptées (Perfectly Matched Layers, PMLs). La première partie est un récapitulatif de résultats antérieurs pour les milieux non dispersifs (construction et condition nécessaire de stabilité). La seconde partie concerne quelques extensions de ces résultats. Nous donnons un nouveau critère nécessaire de stabilité valable pour une grande classe de modèles dispersifs et pour des PMLs plus générales que celles classiques. Ce critère est appliqué à deux modèles dispersifs : les métamatériaux à indice négatif et les plasmas anistropiques uniaxiaux. Dans les deux cas, les PMLs classiques sont instables mais le critère nous permet de concevoir de nouvelles PMLs stables. Des simulations numériques illustrent notre propos.

Domaines: Equations aux dérivées partielles [math.AP]; Analyse numérique [math.NA]; Physique mathématique [math-ph]

Eliane Bécache, Patrick Joly, Maryna Kachanovska, Valentin Vinoles. Perfectly matched layers in negative index metamaterials and plasmas. ESAIM: Proceedings, 2015, Vol. 50, p. 113-132. ⟨10.1051/proc/201550006⟩. ⟨hal-01082445v4⟩