Аллен Тафлав

Аллен Тафлав
Рожденный	( 1949-06-14 ) 14 июня 1949 г. Чикаго , Иллинойс , США
Умер	25 апреля 2021 г. (25 апреля 2021 г.) (71 год)
Альма-матер	Северо-Западный университет
Известный	Метод конечных разностей во временной области
Награды	2014 г. Премия IEEE в области электромагнетизма
Научная карьера
Поля	Электротехника Вычислительная электромагнетика
Учреждения	Северо-Западный университет
Диссертация	Расчет электромагнитных полей и индуцированных температур в модели человеческого глаза, облученного микроволновым излучением   (1975 г.)
Докторантура	Моррис Бродвин
Докторанты	Сьюзан Хэгнесс

Аллен Тафлав (14 июня 1949 г. - 25 апреля 2021 г.) был профессором кафедры электротехники и вычислительной техники Инженерной школы Маккормика Северо-Западного университета с 1988 года. С 1972 года он был пионером в основных теоретических подходах, численных алгоритмах и приложениях во временной области с конечной разностью ( FDTD вычислительных решений Максвелла ). уравнения . Он ввел дескрипторы «временная область с конечной разностью» и «FDTD» в статье 1980 года «Применение метода конечной разности во временной области к задачам синусоидального стационарного электромагнитного проникновения». В 1990 году он был первым человеком, удостоенным звания члена Института инженеров по электротехнике и электронике ( IEEE ) в области FDTD. Тафлав был лауреатом премии IEEE в области электромагнетизма в 2014 году со следующей наградой: «За вклад в разработку и применение решений уравнений Максвелла во временной области с конечной разностью (FDTD) во всем электромагнитном спектре». Он был пожизненным членом IEEE и членом Оптического общества (OSA). Его благодарность от OSA гласит: «За создание метода конечных разностей во временной области для численного решения уравнений Максвелла, имеющего решающее значение для развития и текущего состояния области фотоники».

В 2011 году журнал CQ Magazine включил Тафлава в Зал славы любительского радио в знак признания его исследовательских достижений в области вычислительной электродинамики. С 1963 года он был радиолюбителем, имеющим лицензию Федеральной комиссии по связи (FCC) и имел позывной WA9JLV, и считал, что любительское радио стимулировало его интерес к электротехнике в целом и к электромагнитным полям и волнам в частности. В течение многих лет он был попечителем Общества радиолюбителей Северо-Западного университета, которое управляет клубной станцией W9BGX, имеющей лицензию FCC.

Ранняя жизнь и образование

Тафлов родился в Чикаго , штат Иллинойс, 14 июня 1949 года. Он получил степень бакалавра, магистра и доктора философии. получил степень в области электротехники Северо-Западного университета в 1971, 1972 и 1975 годах соответственно.

Метод конечных разностей во временной области

Основная статья: Метод конечных разностей во временной области

Примерно с 2000 года методы FDTD стали основным средством компьютерного моделирования многих научных и инженерных задач, связанных с взаимодействием электромагнитных волн с материальными структурами. Текущие приложения моделирования FDTD варьируются от ближнего постоянного тока (сверхнизкочастотная геофизика, охватывающая весь волновод Земля-ионосфера) через микроволны (технология радиолокационной сигнатуры, антенны, устройства беспроводной связи, цифровые межсоединения, биомедицинская визуализация/лечение) до видимого света (фотонные кристаллы, наноплазмоника, солитоны, микроскопия и литография, биофотоника). Доступны как коммерческие пакеты программного обеспечения FDTD, так и проекты FDTD с открытым или закрытым исходным кодом, которые позволяют детально моделировать с помощью уравнений Максвелла явления электромагнитных волн и инженерные системы, охватывающие большую часть электромагнитного спектра. В значительной степени все эти программные конструкции происходят непосредственно от методов FDTD, впервые описанных Тафловом и его учениками за последние 45 лет.

Публикации и цитаты

В 1995 году Тафлав написал учебник/научную монографию « Вычислительная электродинамика: метод конечных разностей во временной области» . В 1998 году он редактировал исследовательскую монографию « Достижения в области вычислительной электродинамики: метод конечных разностей во временной области» . Впоследствии он и Сьюзен Хэгнесс из Университета Висконсин-Мэдисон расширили и обновили книгу 1995 года во втором издании 2000 года, а затем еще больше расширили и обновили второе издание 2000 года в третьем издании 2005 года. В 2013 году Тафлов и Ардаван Оскои из Киотского университета и Стивен Дж. Джонсон из Массачусетского технологического института отредактировали исследовательскую монографию « Достижения в области вычислительной электродинамики FDTD: фотоника и нанотехнология» .

По состоянию на 21 августа 2020 года, помимо книг, упомянутых выше, Тафлов был автором или соавтором в общей сложности 27 статей или глав в книгах и журналах, 152 рецензируемых журнальных статей и 14 патентов США. В 2002 году он был включен в первоначальный список высокоцитируемых исследователей Института научной информации (ISI) ISI. По данным Google Scholar®, его книги, журнальные статьи и патенты США получили в общей сложности 42 058 цитирований. а его индекс Хирша равен 68 (Google Scholar).

Согласно поиску Google Scholar, проведенному в сентябре 2012 года Институтом оптики Рочестерского университета, книга Тафлава « Вычислительная электродинамика: метод конечных разностей во временной области» занимает 7-е место среди наиболее цитируемых книг по физике с общим обновленным числом 20 666. Цитаты ученых по состоянию на 21 августа 2020 г.

Дескрипторы «временная область с конечной разностью» и «FDTD», придуманные Тафловом в 1980 году, с тех пор стали широко использоваться, появившись в этой точной форме примерно в 140 000 и 250 000 результатах поиска Google Scholar соответственно по состоянию на 21 августа 2020 года.

Исследовать

Начиная с 2003 года Тафлов сотрудничал с Вадимом Бакманом из кафедры биомедицинской инженерии Северо-Западного университета в исследованиях, направленных на минимально инвазивное обнаружение ранних стадий рака толстой кишки, поджелудочной железы, легких и яичников у человека. Используемые методы основаны на анализе спектроскопической микроскопии света, обратно рассеянного от гистологически нормальной ткани, расположенной вдали от опухолевого поражения, в так называемом полевом эффекте. Это может привести к созданию новой парадигмы скрининга рака, где, например, рак легких можно будет надежно обнаружить, анализируя несколько клеток, сорванных с внутренней поверхности щеки человека. 5 мая 2008 года крупное сотрудничество, возглавляемое Бэкманом (с Тафловом в качестве соисследователя), получило пятилетний грант в размере 7,5 миллионов долларов от Национальных институтов здравоохранения на развитие этой биофотонной технологии для разработки неинвазивного теста для населения. -широкий скрининг рака толстой кишки.

Моделирование FDTD помогло заложить фундаментальную физическую основу метода спектроскопической микроскопии Бэкмана для раннего выявления рака человека. Работа продвинулась по сравнению с ранними исследованиями FDTD, о которых сообщалось в декабре 2008 года в Proc. Национальная академия наук США о достижениях в области анализа и моделирования FDTD сообщила в июле 2013 года в журнале Physical Review Letters . В последней работе строго показано, что спектроскопическая микроскопия позволяет определить природу глубоко субдифракционных трехмерных флуктуаций показателя преломления линейной диэлектрической среды без меток в дальней зоне. Это означает, что с помощью видимого света можно охарактеризовать статистические колебания внутриклеточной среды размером до 20 нм. Полученный в результате широкий диапазон масштабов расстояний, которые можно охарактеризовать внутри клетки, может позволить разработать корреляции, подходящие для полевого обнаружения широкого спектра ранних стадий рака с клинически полезной чувствительностью и специфичностью.

Перед своей смертью Тафлов реализовал приложения FDTD для компьютерной микроскопии в масштабе петафлопс в поддержку исследований Бэкмана, посвященных обнаружению ранних стадий рака человека и их потенциальному лечению путем создания физической геномной среды в ядрах раковых клеток.

Учитель и советник

Тафлав был первым преподавателем школы Маккормика Северо-Западного университета, который был назван учителем года и советником года в одном и том же учебном году (2005–06). Он был назначен профессором совершенствования педагогического мастерства Северо-Западного университета Чарльза Диринга Маккормика (2000–03) и заведующим кафедрой совершенствования педагогического мастерства Бетт и Нейсон Харрис (2009–12). Кроме того, он получил награду Ассоциации выпускников Северо-Западного университета за выдающиеся достижения в области преподавания (2008 г.) и был выбран Объединенным студенческим правительством Северо-Западного университета в список лучших учителей в 2002, 2003, 2004, 2005, 2007, 2008, 2009 и 2016 годах. В 2010 году он получил премию «Выдающийся педагог Чен-Тай» Общества антенн и распространения сигналов IEEE.

Тафлов был советником или соконсультантом 24 докторов философии. получатели и 5 докторантов, завершивших ординатуру. Он был особенно известен своей поддержкой и защитой интересов студенток-инженеров. Шесть его советников (четыре женщины и двое мужчин) в настоящее время занимают штатные должности на факультетах электротехники университетов, включая Университет Колорадо в Боулдере , Университет Висконсина-Мэдисона , Университет Макгилла , Национальный университет Ченг Кунг (Тайвань), Национальный тайваньский университет и Университет Юты . Многие из других его советников занимали профессиональные должности в крупных исследовательских институтах и ​​компаниях, включая Лабораторию Линкольна Массачусетского технологического института , Лабораторию реактивного движения , Аргоннскую национальную лабораторию США , Исследовательскую лабораторию ВВС , Национальный центр суперкомпьютерных приложений , Northrop Grumman , Raytheon , Motorola , Applied Materials. , Ball Aerospace & Technologies и Технологический исследовательский институт Джорджии .

Учебники университетского уровня

• Аллен Тафлав и Сьюзан К. Хэгнесс (2005). Вычислительная электродинамика: метод конечных разностей во временной области, 3-е изд . Издательство «Артех Хаус». ISBN  1-58053-832-0 .
• Аллен Тафлав; Ардаван Оскои и Стивен Дж. Джонсон (2013). Достижения в области вычислительной электродинамики FDTD: фотоника и нанотехнологии . Издательство «Артех Хаус». ISBN  978-1-60807-170-8 .

Награды

• 2010 года Премия Чен-Тай за выдающийся педагог от Общества антенн и распространения IEEE со следующей цитатой: «За его образовательную деятельность и публикации, а также его влияние на студентов и аспирантов».
• 2014 г. Премия IEEE в области электромагнетизма со следующей цитатой: «За вклад в разработку и применение решений уравнений Максвелла во временной области с конечной разностью (FDTD) во всем электромагнитном спектре».

См. также

Следующая статья в журнале Nature Milestones: Photons , которая иллюстрирует историческое значение метода конечных разностей во временной области и исследований Тафлова, связанных с уравнениями Максвелла :

• Вехи природы: Фотоны - Веха 2 (1861 г.) Уравнения Максвелла

Поиск Google Scholar®, проведенный в сентябре 2012 года Институтом оптики Рочестерского университета по 12 наиболее цитируемым книгам по физике:

• 12 самых цитируемых книг по физике

Интервью Тафлова «Численное решение» на страницах 5 и 6 январского выпуска журнала Nature Photonics за 2015 год , посвященного 150-летию публикации уравнений Максвелла. Здесь Nature Photonics назвала Тафлава «отцом метода конечной разности во временной области»:

• Интервью Nature Photonics

• Список учебников по электромагнетизму

Внешние ссылки

• Веб-страница Тафлава
• Публикации Аллена Тафлава, проиндексированные Google Scholar
• Статья инженерной школы Маккормика Северо-Западного университета о 40-летнем опыте Тафлова в решении уравнений Максвелла
• Статья за декабрь 2008 г. в Proc. Национальная академия наук США
• Статья в журнале Physical Review Letters за июль 2013 г. , также освещенная в журнале Nature Photonics 7, 763 (2013).
• Применение FDTD в компьютерной микроскопии в масштабе петафлопс Тафлова в поддержку исследований Бэкмана, посвященных обнаружению и потенциальному лечению рака человека.