<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v3.0 20080202//EN" "http://dtd.nlm.nih.gov/publishing/3.0/journalpublishing3.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" dtd-version="3.0" xml:lang="en" article-type="research article">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">
    jamp
   </journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title>
     Journal of Applied Mathematics and Physics
    </journal-title>
   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    2327-4352
   </issn>
   <issn publication-format="print">
    2327-4379
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/jamp.2025.132030
   </article-id>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">
    jamp-140789
   </article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="heading">
     <subject>
      Articles
     </subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="Discipline-v2">
     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
     </subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    Two-Step Asymmetric Perfectly Matched Layer Model for High-Order Spatial FDTD Solver of 2D Maxwell’s Equations
   </title-group>
   <contrib-group>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Abdelrahman
      </surname>
      <given-names>
       Mahdy
      </given-names>
     </name>
    </contrib>
   </contrib-group> 
   <aff id="affnull">
    <addr-line>
     aDepartment of Physical Sciences, College of Science, Jazan University, Jazan, Kingdom of Saudi Arabia
    </addr-line> 
   </aff> 
   <pub-date pub-type="epub">
    <day>
     10
    </day> 
    <month>
     02
    </month>
    <year>
     2025
    </year>
   </pub-date> 
   <volume>
    13
   </volume> 
   <issue>
    02
   </issue>
   <fpage>
    553
   </fpage>
   <lpage>
    566
   </lpage>
   <history>
    <date date-type="received">
     <day>
      18,
     </day>
     <month>
      January
     </month>
     <year>
      2025
     </year>
    </date>
    <date date-type="published">
     <day>
      22,
     </day>
     <month>
      January
     </month>
     <year>
      2025
     </year> 
    </date> 
    <date date-type="accepted">
     <day>
      22,
     </day>
     <month>
      February
     </month>
     <year>
      2025
     </year> 
    </date>
   </history>
   <permissions>
    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    We implemented a two-step Asymmetric Perfectly Matched Layer (APML) model in High-Order Finite Difference Time Domain (FDTD) algorithm for solving two-dimensional Maxwell’s equations. Initially, we applied the APML method to the standard second-order FDTD algorithm to derive a two-step time-staggered APML (APML-2SS) and a two-step time-centered APML (APML-2SC) formulation for these equations, afterwards, we extended these formulations in high-order FDTD algorithm in order to derive a APML high-order FDTD (APML-HOFDTD) formulation for our Maxwell’s equations. To examine the performance and check out the accuracy of APML model, we conducted a numerical study using a 2D fluid where the three derived formulations were to analyze selected phenomena in terahertz radiation production by the filamentation of two femtosecond laser beams in air plasma. Numerical results illustrated that the two-step APML model is sufficiently accurate for solving our 2D Maxwell’s equations in high-order FDTD discretization and it demonstrated a great performance in studying the THz radiation production.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Perfectly Matched Layer
    </kwd> 
    <kwd>
      The Finite-Difference-Time-Domain
    </kwd> 
    <kwd>
      Terahertz Radiation Production
    </kwd> 
    <kwd>
      Filamentation of Femtosecond Laser
    </kwd> 
    <kwd>
      Maxwell’s Equations Solver
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>The Perfectly Matched Layer (PML) <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-1">
     [1]
    </xref> is an Absorption Boundary Condition (ABC) algorithm that is presented to shorten the unbounded spatial domain in the computational electrodynamics <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-2">
     [2]
    </xref>. The PML idea <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-3">
     [3]
    </xref> is to block the reflection from the computational domain boundaries and at the same time, absorb the incident waves using an absorbing layer that is installed to absorb the incident waves without reflection. The PML is derived <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-4">
     [4]
    </xref> by splitting the problem fields before the lower terms that simulate the absorption are added. The standard PML was initially introduced to solve Maxwell’s equations and Helmholtz equation <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-5">
     [5]
    </xref> to simulate the electromagnetic wave propagation in unbounded media using the Finite-Difference-Time-Domain (FDTD) method <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-6">
     [6]
    </xref>. In actual fact, the PML formulation is simple and its implementation is straightforward <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-3">
     [3]
    </xref> in multi-dimensional Cartesian and cylindrical space, and it has been proven to be extremely efficient <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-7">
     [7]
    </xref> in comparison with the classical Mur absorption algorithms. The standard PML has been developed <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-3">
     [3]
    </xref> to solve 3D Maxwell’s equations to study the time-dependent wave propagation in free and arbitrary space, later, it has been upgraded for the real and complex spatial coordinates (CPML). The upgraded CPML at stretching conditions <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-7">
     [7]
    </xref> offers an absorption for the seismic waves <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-8">
     [8]
    </xref> and a solution for its second-order wave equation <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-9">
     [9]
    </xref>. At that moment, a CPML frequency-shift (CFS-PML) <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-10">
     [10]
    </xref> was implemented by shifting the frequency dependence off the real axis to improve the absorption of the EMW propagation at low grazing angles.</p>
   <p>As an essential procedure in the standard PML algorithms, the filed equations must be splitted and then separately solved. To avoid the field splitting, Wang et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-11">
     [11]
    </xref> proposed a non-splitted PML method (NPML), in this NPML method, the conventional integration is replaced with the explicit time-matching scheme based on the trapezoidal integration. Following that, Ramadan <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-7">
     [7]
    </xref> proposed another un-splitted field implementation for the standard PML by using auxiliary differential equation (ADE-PML) to update the auxiliary memory variables <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-12">
     [12]
    </xref>. Thereupon, alternative unsplitted field PML formulations were reported for both loss and lossless media by the PML in Helmholtz scheme <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-13">
     [13]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-14">
     [14]
    </xref>, after which new unsplitted PML formulation was presented for absorbing seismic wave energy and a non-splitting split CPML for second order equation in elastic media <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-15">
     [15]
    </xref>. It turns out that the unsplitted PML algorithms result in 25% memory saving <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-16">
     [16]
    </xref> over the essential Berenger’s split field, as well, the Arbitrarily Wide-angle Wave Equation (AWWE) unsplitted CMPL requires less memory storage than the revised second-order AWWE with the split PML <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-12">
     [12]
    </xref>. Over and above, the unsplitted CPML with a general CFS factor has proven to be more effective in absorbing the evanescent wave in media <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-9">
     [9]
    </xref>, beside it is highly absorbing for surface wave in elastic media.</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-"></xref>In this article, we implemented a two-step Asymmetric Perfectly Matched Layer (APML) model <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-17">
     [17]
    </xref> in the High-order FDTD algorithm in order to solve 2D Maxwell’s equations for terahertz radiation production by the filamentation of two femtosecond laser beams in air plasma. First of all, we imposed the APML boundary conditions in our basic equations, and then we applied the two-step APML method to derive two-step time-staggered APML (APML-2SS) and two-step time-centered APML (APML-2SC) formulation in the standard second-order FDTD algorithm. Subsequently, we extended these formulations for the high-order FDTD to derive the high-order finite-difference time-domain APML (APML-HOFDTD) formulation of our Maxwell’s equations. The article is organized as follows: In Section 2, we present our Maxwell’s equations with their assumptions and derivation conditions. In Section 3, we conduct numerical procedures to derive the APML-2SS and the APML-2SC formulation in the standard second-order FDTD algorithm, and the APML-HOFDTD formulation in the high-order FDTD discretization. In Section 4, we carried out a numerical study for fundamental phenomena in THz radiation production where the three formulations are applied in order to examine the performance and check out the accuracy of the two-step APML model.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. Basic Maxwell’s Equations</title>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-"></xref>The production of terahertz radiation by the filamentation of two femtosecond laser beams in air plasma is our main research interest <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-18">
     [18]
    </xref>. Two theories govern the THz production in this medium, namely the Four-Wave Mixing rectification (FWM) <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-19">
     [19]
    </xref> and the transient photocurrent model (PC) <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-18">
     [18]
    </xref>. To carry out this research, a 2D fluid code that is referred to the PC theory is employed. The moment equation and the ionization equation coupled with a 2D Maxwell’s equations are the basic equations of this code. The moment equation is the standard equation of motion <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-20">
     [20]
    </xref> for non-relativistic electrons dynamics in collisional cold plasma, while the ionization equation is the classical ADK tunneling ionization rate formula <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-21">
     [21]
    </xref> that maintains the time-dependent ionization process after the threshold ionization. With respect to our central equations; the Maxwell’s equations where the two-step APML model is applied, it 2D equations that maintain the filamentation of a fundamental First Harmonic (FH) laser pulse ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>) and its corresponding Second Harmonic (SH) pulse ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>) in dielectric, dispersive, lossless, and isotropic media that is unchanged during this filamentation.</p>
   <p>It is worthy noted that in our code Maxwell’s equations are derived <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-22">
     [22]
    </xref> by taking the divergence of Gauss’s laws in combination with Faraday and Ampere-Maxwell’s laws to obtain these field equations:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mn> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
      </mn> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>, Faraday’s Law</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <mi>
        B 
      </mi> 
      <mn> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
      </mn> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math>, Ampere’s Law</p>
   <p>where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       B 
     </mi> 
    </math> are the electric and magnetic filed, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mn>
        , 
      </mn> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> are the dielectric permittivity and the magnetic susceptibility, receptively. Concerning the air plasma, in our code it is an anisotropic plasma that is filed in a bounded 2D slab; along x and y-direction, where the electric and magnetic in this slab are lossy filed with standard boundary that fulfilled the Perfectly Matched Layer (PML) conditions.</p>
   <p>As a main physical consideration in our study, the incident beam is a Transverse Electric (TE) polarized plane wave with field components ( 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mn>
        , 
      </mn> 
      <msub> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msub> 
      <mn>
        , 
      </mn> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>). The magnetic field 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> of this beam is along the direction of the propagation (z-direction) and it is normal to the slab interfaces (x and y). Inside this slab the electric fields 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> are calculated, while the magnetic field 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is derived. However, this magnetic filed is assumed to have anisotropic dependence on the intersections along these interfaces, thus this magnetic field can be re-presented as 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            z 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            z 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Therefore, under this consideration and assumption, our Maxwell’s equations can be re-written as:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mn>
        , 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (2.1)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mn>
        . 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (2.2)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            z 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (2.3)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            z 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> (2.4)</p>
   <p>Equations (2.1)-(2.4) are our basic Maxwell’s equations where the APML model is going to be applied.</p>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. The Asymmetric Perfectly Matched Layer (APML) Model</title>
   <p>The Asymmetric Perfect Matched Layer model (APML) is the standard PML boundary conditions <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-2">
     [2]
    </xref> method with a particular constrains that are imposed on Maxwell’s equations that are then modified by extra added coefficients and more extracted terms. To apply the APML in our Maxwell’s equations, the field solutions in our problem are assumed to be explicit and linear <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-23">
     [23]
    </xref>. Herein, these solutions; the electric field as an example, can be written as:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            11 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            12 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            21 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            22 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> are constants. Then, with a particular constrains that are added to the electric filed in order to make its solution minimal and symmetric, the above electric filed series can be expressed in the from</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <msubsup> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msubsup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msubsup> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mn>
        . 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (3.1)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       α 
     </mi> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> are three constants, where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mi>
          Δ 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          Δ 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, and</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtable columnalign="left"> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mtd> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            for 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            forward 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            traveling 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            waves 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mn>
            , 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mtd> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            for 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            backward 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            traveling 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            waves 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mn>
            , 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> are determined by particular ways described in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-23">
     [23]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-24">
     [24]
    </xref>.</p>
   <p>In another alternative, the electric field in Equation (3.1) can be also re-expressed as:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mn>
        , 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (3.2)</p>
   <p>where,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>At the infinitesimal limit <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-23">
     [23]
    </xref>, the alternative electric filed solution in Equation (3.2) becomes</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <mn>
        . 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (3.3)</p>
   <p>Equation (3.3) is Equation (2.1) of our basic Maxwell’s equations where the APML boundary conditions are imposed. Similar procedures are carried out to the remaining equations; Equations (2.2)-(2.4), which become</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (3.4)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            z 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          z 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (3.5)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            z 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          z 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </msub> 
      <mn>
        , 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (3.6)</p>
   <p>where,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtable columnalign="left"> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr columnalign="left"> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
        <mtd columnalign="left"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                p 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>After all, Equations (3.3)-(3.6) are our fundamental equations where the APML boundary conditions are applied.</p>
   <sec id="s3_1">
    <title>3.1. Standard Second-Order FDTD Discretization</title>
    <p>After we have applied the APML boundary conditions on our basic Maxwell’s equations, in this section, we implement the two-step APML model in our fundamental equations. For this purpose, the discretization of Equations (3.3)-(3.6) is essential, in this regards, the “Yee” staggered-grid Finite-Difference Time Domain (FDTD) discretization in space-time domain is commonly used. Among various FDTD discretization orders, we started with the second-order FDTD discretization. In this context, using the exponential time-stepping ( 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>) for the electric and magnetic filed, with the assumption that the coefficients 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, Equations (3.3)-(3.6) in the standard second-order FDTD discretization are written as:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.7)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.8)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.9)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.10)</p>
    <p>where, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mn>
         , 
       </mn> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> are the spatial grid size along 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        x 
      </mi> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        y 
      </mi> 
     </math> direction, respectively, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> is the time step, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mn>
         , 
       </mn> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> are the spatial notation at the center position of the relevant cell, and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        n 
      </mi> 
     </math> is the time step.</p>
    <p>Equations (3.7)-(3.10) are the two-step APML formulation in the second-order FDTD algorithm for Equations (3.3)-(3.6).</p>
    <p>With the following special choices for the 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> coefficients:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mtext>
            e 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              σ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Equations (3.3)-(3.7) are re-written as:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 z 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  E 
                </mi> 
                <mi>
                  y 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  E 
                </mi> 
                <mi>
                  y 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.11)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 z 
               </mi> 
               <mi>
                 y 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  E 
                </mi> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  E 
                </mi> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.12)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  B 
                </mi> 
                <mi>
                  z 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  B 
                </mi> 
                <mi>
                  z 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.13)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  B 
                </mi> 
                <mi>
                  z 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  B 
                </mi> 
                <mi>
                  z 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                / 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.14)</p>
    <p>Equations (3.11)-(3.14) are a novel two-step APML formulation in the second-order FDTD algorithm for Equations (3.3)-(3.6).</p>
   </sec>
   <sec id="s3_2">
    <title>3.2. Two-Step Time-Staggered APML (APML-2SS)</title>
    <p>When we push the electric and magnetic field into the vacuum and then reshaping the electric and magnetic field by the exponential coefficients 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              b 
            </mi> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> along 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        u 
      </mi> 
     </math>-direction, respectively, the following modified formulation of Equations (3.11)-(3.14) are explored:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.15)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.16)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.17)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.18)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 B 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 B 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.19)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 B 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 B 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.20)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.21)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.22)</p>
    <p>Equations (3.15)-(3.22) are the two-step time-staggered APML (APML-2SS) formulation in the second-order FDTD algorithm for Equations (3.3)-(3.6).</p>
   </sec>
   <sec id="s3_3">
    <title>3.3. Two-Step Time-Centered APML (APML-2SC)</title>
    <p>The two-step time-centered APML (APML-2SC) is an alternative formulation of the (APML-2SS), where the field components are time-centered pushing into the vacuum. In this formulation, Maxwell’s equations are solved in one-time step and the field components are updated by multiplying each of this component by its corresponding damping coefficient 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. Under these considerations, this alternative formulation becomes:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         0.5 
       </mn> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.23)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         0.5 
       </mn> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.24)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 B 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 B 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.25)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 B 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 B 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.26)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         0.5 
       </mn> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.27)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         0.5 
       </mn> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.28)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.29)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.30)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.31)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            σ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.32)</p>
    <p>Equations (3.23)-(3.32) are the two-step time-centered APML (APML-2SC) formulation of the second-order FDTD algorithm for Equations (3.3)-(3.6).</p>
   </sec>
   <sec id="s3_4">
    <title>3.4. Two-Step High-Order Spatial FDTD (APML-HOFDTD)</title>
    <p>The two-step APML High-order Spatial FDTD (APML-HOFDTD) is an extension formulation for the APML-2SS and APML-2SC where the spatial derivatives of our fundamental Maxwell’s equations are highly-order Finite-Difference Time Domain (FDTD) discretized in the “Yee” staggered spacial domain. Thus, the two-step APML formulation of the high-order FDTD algorithm (APML-HOFDTD) for Equations (3.3)-(3.6) are given by</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <munderover> 
         <mo>
           ∑ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            l 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </munderover> 
       </mstyle> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msubsup> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mi>
          l 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             l 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                y 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               l 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.33)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <munderover> 
         <mo>
           ∑ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            l 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </munderover> 
       </mstyle> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msubsup> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mi>
          l 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             l 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               l 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.34)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <munderover> 
         <mo>
           ∑ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            l 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </munderover> 
       </mstyle> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msubsup> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mi>
          l 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               l 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             l 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.35)</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            / 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Δ 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <munderover> 
         <mo>
           ∑ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            l 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </munderover> 
       </mstyle> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msubsup> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mi>
          l 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             / 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               l 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             l 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.36)</p>
    <p>where 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mi>
          ℓ 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mn>
         , 
       </mn> 
       <mi>
         ℓ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1,2, 
       </mn> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> are the Fornberg coefficients <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-25">
      [25]
     </xref> for any arbitrary discretization order 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math> of the splited Maxwell’s equations in vacuum. These coefficients are calculated by the Taylor expansion-based closed-form formulas <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-26">
      [26]
     </xref>, and given on the staggered grid by <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-27">
      [27]
     </xref></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mi>
          ℓ 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             ℓ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mn>
             16 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msup> 
          <mn> 
           <mo>
             ! 
           </mo> 
          </mn> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               ℓ 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             ℓ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mn> 
          <mo>
            ! 
          </mo> 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             ℓ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mn> 
          <mo>
            ! 
          </mo> 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mo>
              / 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             ℓ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msup> 
          <mn> 
           <mo>
             ! 
           </mo> 
          </mn> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mn>
         , 
       </mn> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         ℓ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1,2, 
       </mn> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mn>
         . 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
   </sec>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Numerical Study</title>
   <p>After we derived three different two-step APML formulations for our Maxwell’s equations, it is necessary to examine the performance and check out the accuracy and the reliability of these formulations. Therefore, in this section, using a 2D fluid code; where these formulations are applied, we carried out a numerical study for selected fundamental phenomena in THz radiation production. In this study, the initial input TE fs beam profile is given by <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-28">
     [28]
    </xref></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msqrt> 
         <mrow> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ζ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msqrt> 
        <mi>
          sin 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <msubsup> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msqrt> 
         <mi>
           ζ 
         </mi> 
        </msqrt> 
        <mi>
          sin 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mtext>
           e 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mn>
        . 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (4.1)</p>
   <p>where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msqrt> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <msub> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msqrt> 
     </mrow> 
    </math> is the amplitude, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the initial input intensity, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ζ 
     </mi> 
    </math> is the energy fraction factor of SH pulse, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϕ 
     </mi> 
    </math> is the relative phase between the FH and SH pulse, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            π 
          </mi> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the fundamental frequency, and 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the initial pulse duration. In addition, in this study the 2D air plasma slab has equal dimension 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        y 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        50 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        - 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mn>
        100 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mtext>
        m 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math>, and it is filled with plasma at initial electron density 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        3.7 
      </mn> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mn>
          10 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mn>
          19 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mtext>
          cm 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <sec id="s4_1">
    <title>4.1. Optimizing the Incident Beam Parameters</title>
    <p>As clearly listed in the initial beam profile given in Equation (4.1), in whole, the fundamental frequency 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, the initial input intensity 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, the initial pulse duration 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, the fractional energy factor 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ζ 
      </mi> 
     </math>, and the relative phase 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math> are the key parameters of this profile. For an efficient THz production, suitable initial values have to be given for these parameters. In this regards, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         800 
       </mn> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         nm 
       </mtext> 
      </mrow> 
     </math> value is necessary given for best coupling between the FH and the SH pulse <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-29">
      [29]
     </xref>, and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         ≈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mn>
           10 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           14 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         ~ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mn>
           10 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           17 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mtext>
          W 
        </mtext> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mtext>
             cm 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mtext>
            2 
          </mtext> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> period is normally selected, since this period is above the threshold intensity of the air gases ionization and below the relativistic intensity to avoid the relativistic dynamics, and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         40 
       </mn> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         fs 
       </mtext> 
      </mrow> 
     </math> is the pulse duration value where the yield and the efficiency of the produced THz radiation is enhancing <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-20">
      [20]
     </xref> in the presence of the pulse chirping effects. With respect to 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ζ 
      </mi> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math>, in actual fact, the suitable values of these two parameters can’t be given, but it should be optimized in accordance with the conditions of the problem of our interest. In our previous studies <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-30">
      [30]
     </xref> and other similar researches <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-31">
      [31]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-32">
      [32]
     </xref>, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0.5 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> value is acknowledged to avoid the energy exchange between the two fs beams and arrest the Modulation Instability (MI) effects <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-33">
      [33]
     </xref>, and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          π 
        </mi> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is identified for an efficient THz radiation within the selected input intensity period.</p>
    <p>To examine the performance of the derived formulations, in this section, we re-optimized the suitable fractional energy factor 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ζ 
      </mi> 
     </math> and the relative phase 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math> value for an efficient THz production. In this respect, we simulated the excitation energy 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> of produced THz radiation as function of 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ζ 
      </mi> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math>, the possible energy fraction factor 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         - 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and relative phase 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         - 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> values are considered in this simulation, and an initial input intensity value withing the selected period 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mn>
           10 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           15 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mtext>
          W 
        </mtext> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mtext>
             cm 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mtext>
            2 
          </mtext> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is given, the result of this simulation is displayed in <xref ref-type="fig" rid="fig1">
      Figure 1
     </xref>.</p>
    <fig id="fig1" position="float">
     <label>Figure 1</label>
     <caption>
      <title>Figure 1. The excitation energy 

       <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
         <msub> 
   
          <mi>
           
    μ
   
          </mi> 
   
          <mrow> 
    
           <mi>
            
     T
    
           </mi>
    
           <mi>
            
     H
    
           </mi>
    
           <mi>
            
     z
    
           </mi>
   
          </mrow> 
  
         </msub> 
 
        </mrow>

       </math> of the generated THz radiation using the APML-2SS (left), the APML-2SC (middle), and the APML-HOFDTD formulation (right).</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724026-rId232.jpeg?20250225120049" />
    </fig>
    <p>As clearly noted in the 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> spectrum demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="fig1">
      Figure 1
     </xref>, the maximum THz radiation is approximately obtained at 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ζ 
       </mi> 
       <mo>
         ≈ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          π 
        </mi> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         ≈ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          π 
        </mi> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> for the three formulations. It should be emphasized that, although the same acknowledged 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ζ 
      </mi> 
     </math> and identified 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math> value are also obtained for the three formulations in this figure, the APML-HOFDTD spectrum around these values is more refined than APML-2SS and APML-2SC formulation.</p>
   </sec>
   <sec id="s4_2">
    <title>4.2. The Conversion Efficiency of the Produce THz Radiation</title>
    <p>The optical-to-THz radiation conversion efficiency 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          η 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is the ratio between the intensity of the produced THz radiation 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               T 
             </mi> 
             <mi>
               H 
             </mi> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and the input beam intensity 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               r 
             </mi> 
             <mn>
               , 
             </mn> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-34">
      [34]
     </xref>,</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          η 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mrow> 
             <mi>
               T 
             </mi> 
             <mi>
               H 
             </mi> 
             <mi>
               z 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 H 
               </mi> 
               <mi>
                 z 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ω 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                E 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 r 
               </mi> 
               <mn>
                 , 
               </mn> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         . 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>For an efficient THz radiation production, a considerable conversion rate is crucially required. For this purpose, numerous researches have been carried out <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-29">
      [29]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-35">
      [35]
     </xref> in order to calculate the conversion efficiency and analyze its behavior at different input beam parameters and air plasma structures. 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          η 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mn>
           10 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         - 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mn>
           10 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> conversion rate is achieved in these researches, which is recognized as standard conversion efficiency value in THz radiation production topic.</p>
    <p>In order the check the accuracy of the three derived formulations, herein we carried out a numerical comparison between the conversion efficiency as function of the selected input intensity period obtained by theses formulations and the standard 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          η 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mi>
           z 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> conversion <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-36">
      [36]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-37">
      [37]
     </xref>. The optimum energy fraction factor 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0.5 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and relative phase 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          π 
        </mi> 
        <mo>
          / 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, in addition to the suitable initial pulse duration 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         40 
       </mn> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         fs 
       </mtext> 
      </mrow> 
     </math> are considered in this comparison, the result of this comparison is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig2">
      Figure 2
     </xref>.</p>
    <fig id="fig2" position="float">
     <label>Figure 2</label>
     <caption>
      <title>Figure 2. Comparison between the conversion efficiency of the produced THz radiation 

       <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
         <msub> 
   
          <mi>
           
    η
   
          </mi> 
   
          <mrow> 
    
           <mi>
            
     T
    
           </mi>
    
           <mi>
            
     H
    
           </mi>
    
           <mi>
            
     z
    
           </mi>
   
          </mrow> 
  
         </msub> 
 
        </mrow>

       </math> as function of the input intensity obtained using the APML-2SS, APML-2SC, and the APML-HOFDTD formulations, and the standrad conversion efficiency.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724026-rId263.jpeg?20250225120049" />
    </fig>
    <p>As clearly seen in <xref ref-type="fig" rid="fig2">
      Figure 2
     </xref>, at low input intensity range, the three formulations have almost exact behavior to the standard conversion efficiency, moreover the maximum efficiency value obtained by APML-HOFDTD is approximately identical with the standard value, while the maximum values obtained by the APML-2SS and APML-2SC are little lower. At the high input intensity range, a discrepancy between the three formulations behavior and the standard one is emerged, although of that, the APML-HOFDTD has an insignificant discrepancy, while the APML-2SS and APML-2SC have a growing discrepancy with increasing the input intensity in this range.</p>
   </sec>
   <sec id="s4_3">
    <title>4.3. The Spectral Broadening of the Produced THz Radiation</title>
    <p>The Self-Phase Modulation (SPM) is the variation of the pulse phase as it is propagating <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-38">
      [38]
     </xref>. Due to this variation, an addition time-dependent phase is added ( 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>). In nonlinear optical medium, the SPM is originated due to the Kerr-nonlinearity effect <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-38">
      [38]
     </xref> where intensity is temporarily varying by the own pulse and due to the plasma induced SPM effect <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-20">
      [20]
     </xref> where time-varying electron density 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is evolved due the ionization. In both effects, and time dependent refractive index 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mn>
           , 
         </mn> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is established. The presence of the SPM leads to spectral broadening of the pulse due to the generation of extra frequencies 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> that are added to the central frequency ( 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>) of the pulse 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         Δ 
       </mi> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. In this part, we checked the reliability of the three applied formulations in monitoring this broadening. In this context, we presented in <xref ref-type="fig" rid="fig3">
      Figure 3
     </xref> a time-evolution for the produced THz radiation envelope where the three formulations are applied. Physical assumptions and considerations are assumed where a laser-envelope evolution which has a linear phase modulation with a symmetric frequency variation from the central frequency of the pulse is proceeding.</p>
    <fig id="fig3" position="float">
     <label>Figure 3</label>
     <caption>
      <title>Figure 3. The time-evolution for the induced THz radiation envelope using the APML-2SS (left), the APML-2SC (middle), and the APML-HOFDTD formulation (right).</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724026-rId278.jpeg?20250225120049" />
    </fig>
    <p>As illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig3">
      Figure 3
     </xref>, in a comparison of the time-evolution among the three envelopes, it clearly noted a small spectral broadening is ongoing with the APML-2SS and APML-2SC, while a clear spectral broadening is proceeding with the APML-HOFDTD formulation.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s5">
   <title>5. Conclusion</title>
   <p>We successively implemented a two-step Asymmetric Perfect Matched Layer (APML) model with the High-order FDTD algorithm for solving 2D Maxwell’s equations. In the constrains of the APML boundary conditions, we derived three different formulations for these equations: namely, the two-step time-staggered APML (APML-2SS) and two-step time-centered APML (APML-2SC) formulation with the standard second-order FDTD algorithm, and the high-order FDTD APML (APML-HOFDTD) formulation with the high-order FDTD discretization. In the numerical study for selected fundamental phenomena in THz radiation production by the filamentation of two fs laser beams in air plasma where the three formulations are applied, the numerical results affirmed the validity of the two-step APML model for solving our Maxwell’s equations and the reliability in studying the THz radiation production. Although the three derived formulations were equivalently presented a proper performance in this study, the APML-HOFDTD formulation demonstrated a better performance and a more refining behavior in these results in comparison with the APML-2SS and APML-2SC formulations.</p>
  </sec><sec id="s6">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.140789-"></xref>Acknowledgements</title>
   <p>The author acknowledges the use of the High-Performance Computing Facility at Bibliotheca Alexandrina, and the associated support services in the completion of this work.</p>
  </sec>
 </body><back>
  <ref-list>
   <title>References</title>
   <ref id="scirp.140789-ref1">
    <label>1</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Berenger, J.-P. (1996) Three-Dimensional Perfectly Matched Layer for the Absorption of Electromagnetic Waves. Journal of Computational Physics, 127, 363-379. &gt;https://doi.org/10.1006/jcph.1996.0181
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref2">
    <label>2</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Brenger, J.-P. (2007) Perfectly Matched Layer (PML) for Computational Electromagnetics. Springer International Publishing. &gt;https://doi.org/10.1007/978-3-031-01696-7
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref3">
    <label>3</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Cummer, S.A. (2003) A Simple, Nearly Perfectly Matched Layer for General Electromagnetic Media. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 13, 128-130. &gt;https://doi.org/10.1109/LMWC.2003.810124
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref4">
    <label>4</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Holland, R. and Williams, J.W. (1983) Total-Field Versus Scattered-Field Finite-Difference Codes: A Comparative Assessment. IEEE Transactions on Nuclear Science, 30, 4583-4588. &gt;https://doi.org/10.1109/TNS.1983.4333175
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref5">
    <label>5</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Ji, D.Q., Wang, Q., Chen, Z.X., Harding, T.G., Dong, M.Z., Ge, C.Q., Li, Z.P. and Lai, F.P. (2020) A Property-Dependent Perfectly Matched Layer with a Single Additional Layer for Maxwells Equations in Finite Difference Frequency Domains. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 372, Article ID: 113355. &gt;https://doi.org/10.1016/j.cma.2020.113355
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref6">
    <label>6</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Taflove, A., Susan, C., Hagness, and Piket-May, M. (2005) 9-Computational Electromagnetics: The Finite-Difference Time-Domain Method. In: Chen, W.-K., Ed., The Electrical Engineering Handbook, Academic Press, Burlington, 629-670. &gt;https://doi.org/10.1016/B978-012170960-0/50046-3
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref7">
    <label>7</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Ramadan, O. (2003) Auxiliary Differential Equation Formulation: An Efficient Implementation of the Perfectly Matched Layer. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 13, 69-71. &gt;https://doi.org/10.1109/LMWC.2003.808706
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref8">
    <label>8</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Festa, G. and Vilotte, J.-P. (2005) The Newmark Scheme as Velocity Stress Time-Staggering: An Efficient PML Implementation for Spectral Element Simulations of Elastodynamics. Geophysical Journal International, 16, 789-812. &gt;https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2005.02601.x
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref9">
    <label>9</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Alan Roden, J. and Gedney, S.D. (2000) Convolution PML (CPML): An Efficient FDTD Implementation of the CFS-PML for Arbitrary Media. Microwave and Optical Technology Letters, 27, 334-339. &gt;https://doi.org/10.1002/1098-2760(20001205)27:5&lt;334::AID-MOP14&gt;3.0.CO;2-A
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref10">
    <label>10</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Chew, W.C. and Weedon, W.H. (1994) A 3d Perfectly Matched Medium from Modified Maxwell’S Equations with Stretched Coordinates. Microwave and Optical Technology Letters, 7, 599-604. &gt;https://doi.org/10.1002/mop.4650071304
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref11">
    <label>11</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Wang, T.S.l. and Tang, X.M. (2003) Finite? Difference Modeling of Elastic Wave Propagation: A Nonsplitting Perfectly Matched Layer Approach. Geophysics, 68, Article ID: 1620648. &gt;https://doi.org/10.1190/1.1620648
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref12">
    <label>12</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Chen, H.M., Zhou, H. and Li. Y.Q. (2014) Application of Unsplit Convolutional Perfectly Matched Layer for Scalar Arbitrarily Wide-Angle Wave Equation. Geophysics, 79, T313-T321. &gt;https://doi.org/10.1190/geo2014-0103.1
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref13">
    <label>13</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Fang, J.Y. and Wu, Z.h. (1995) Generalized Perfectly Matched Layer—An Extension of Berenger’S Perfectly Matched Layer Boundary Condition. IEEE Microwave and Guided Wave Letters, 5, 451-453. &gt;https://doi.org/10.1109/75.481858
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref14">
    <label>14</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Xu, F., Zhang, Y.l., Hong, W., Wu, K. and Cui, T.-J. (2003) Finite-Difference Frequency-Domain Algorithm for Modeling Guided-Wave Properties of Substrate Integrated Waveguide. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 51, 2221-2227. &gt;https://doi.org/10.1109/TMTT.2003.818935
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref15">
    <label>15</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Connolly, D.P., Giannopoulos, A. and Forde, M.C. (2015) A Higher Order Perfectly Matched Layer Formulation for Finite-Difference Time-Domain Seismic Wave Modeling. Geophysics, 80, T1-T16. &gt;https://doi.org/10.1190/geo2014-0157.1
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref16">
    <label>16</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Petropoulos, P.G., Zhao, L. and Cangellaris, A.C. (1998) A Reflectionless Sponge Layer Absorbing Boundary Condition for the Solution of Maxwell’s Equations with High-Order Staggered Finite Difference Schemes. Journal of Computational Physics, 139, 184-208. &gt;https://doi.org/10.1006/jcph.1997.5855
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref17">
    <label>17</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Shapoval, O., Vay, J.-L. and Vincenti, H. (2019) Two-Step Perfectly Matched Layer for Arbitrary-Order Pseudo-Spectral Analytical Time-Domain Methods. Computer Physics Communications, 235, 102-110. &gt;https://doi.org/10.1016/j.cpc.2018.09.015
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref18">
    <label>18</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Kim, K.Y. Taylor, A.J., Glownia, J.H. and Rodriguez, G. (2008) Coherent Control of Terahertz Supercontinuum Generation in Ultrafast Lasergas Interactions. Nature Photonics, 2, 605-609. &gt;https://doi.org/10.1038/nphoton.2008.153
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref19">
    <label>19</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Cook, D.J. and Hochstrasser, R.M. (2000) Intense Terahertz Pulses by Four-Wave Rectification in Air. Optics Letters, 25, 1210-1212. &gt;https://doi.org/10.1364/OL.25.001210
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref20">
    <label>20</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Nguyen, A., González de Alaiza Martínez, P., Thiele, I., Skupin, S. and Bergé, L. (2018) THz Field Engineering in Two-Color Femtosecond Filaments Using Chirped and Delayed Laser Pulses. New Journal of Physics, 20, Article ID: 033026. &gt;https://doi.org/10.1088/1367-2630/aaa470
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref21">
    <label>21</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Ammosov, M.V., Delone, N.B. and Krainov, V.P. (1986) Tunnel Ionization of Complex Atoms and Atomic Ions in Electromagnetic Field. Soviet Physics-JETP, 64, 138-141. &gt;https://doi.org/10.1117/12.938695 
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref22">
    <label>22</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Jackson, J.D. (1998) Classical Electrodynamics. 3rd Edition, Wiley. 
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref23">
    <label>23</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Vay, J.-L. (2002) Asymmetric Perfectly Matched Layer for the Absorption of Waves. Journal of Computational Physics, 183, 367-399. &gt;https://doi.org/10.1006/jcph.2002.7175
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref24">
    <label>24</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Vay, J.-L. (2001) An Extended FDTD Scheme for the Wave Equation: Application to Multiscale Electromagnetic Simulation. Journal of Computational Physics, 167, 72-98. &gt;https://doi.org/10.1006/jcph.2000.6659
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref25">
    <label>25</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Fornberg, B. (1990) High-Order Finite Differences and the Pseudospectral Method on Staggered Grids. SIAM Journal on Numerical Analysis, 27, 904-918. &gt;https://doi.org/10.1137/0727052
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref26">
    <label>26</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Khan, I.R. and Ohba, R. (1999) Closed-Form Expressions for the Finite Difference Approximations of First and Higher Derivatives Based on Taylor Series. Journal of Computational and Applied Mathematics, 107, 179-193. &gt;https://doi.org/10.1016/S0377-0427(99)00088-6
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref27">
    <label>27</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Vincenti, H. and Vay, J.-L. (2016) Detailed Analysis of the Effects of Stencil Spatial Variations with Arbitrary High-Order Finite-Difference Maxwell Solver. Computer Physics Communications, 200, 147-167. &gt;https://doi.org/10.1016/j.cpc.2015.11.009
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref28">
    <label>28</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Mahdy, A.I. and Eltayeb, H.A. (2024) The Efficiency of Terahertz Radiation Generated by Two Chirped Femtosecond Laser Pulses at Different Pulse Durations. AIP Advances, 14, Article ID: 015345. &gt;https://doi.org/10.1063/5.0185372
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref29">
    <label>29</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Zhang, Z., Panov, N., Andreeva, V., Zhang, Z.l., Slepkov, A., Shipilo, D., Thomson, M.D., Wang, T.-J., Babushkin, I., Demircan, A., Morgner, U., Chen, Y.P., Kosareva, O. and Savel’ev, A. (2018) Optimum Chirp for Efficient Terahertz Generation from Two-Color Femtosecond Pulses in Air. Applied Physics Letters, 113, Article ID: 241103. &gt;https://doi.org/10.1063/1.5053893
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref30">
    <label>30</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Mahdy, A.I. and Eltayeb, H.A. (2024) The Conversion Efficiency of Terahertz Radiation Produced by the Filamentation of Two Femtosecond Laser Beams in Highly Charged Noble Gases. Physics of Plasmas, 31, Article ID: 122108. &gt;https://doi.org/10.1063/5.0233676
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref31">
    <label>31</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Babushkin, I., Kuehn, W., Köhler, C., Skupin, S., Berge, L., Reimann, K., Woerner, M., Herrmann, J. and Elsaesser, T. (2010) Ultrafast Spatiotemporal Dynamics of Terahertz Generation by Ionizing Two-Color Femtosecond Pulses in Gases. Physical Review Letters, 105, Article ID: 053903. &gt;https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.053903
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref32">
    <label>32</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Kim, K.Y., Glownia, J.H., Taylor, A.J. and Rodriguez, G. (2007) Terahertz Emission from Ultrafast Ionizing Air in Symmetry-Broken Laser Fields. Optics Express, 15, 4577-4584. &gt;https://doi.org/10.1364/OE.15.004577
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref33">
    <label>33</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Ding, P.J., Guo, Z.Q., Wang, X.S., Cao, Y., Sun, M.Z., Zhao, P.X., Shi, Y.C., Sun, S.H., Liu, X.L. and Hu, B.T. (2013) Energy Exchange between Two Noncollinear Filament-Forming Laser Pulses in Air. Optics Express, 21, 27631-27640. &gt;https://doi.org/10.1364/OE.21.027631
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref34">
    <label>34</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Houard, A., Liu, Y., Mysyrowicz, A. and Leriche, B. (2007) Calorimetric Detection of the Conical Terahertz Radiation from Femtosecond Laser Filaments in Air. Applied Physics Letters, 91, Article ID: 241105. &gt;https://doi.org/10.1063/1.2821371
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref35">
    <label>35</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     González de Alaiza Martínez, P., Davoine, X., Debayle, A., Gremillet, L. and Berge, L. (2016) Terahertz Radiation Driven by Two-Color Laser Pulses at Near-Relativistic Intensities: Competition between Photoionization and Wakefield Effects. Scientific Reports, 6, Article No. 26743. &gt;https://doi.org/10.1038/srep26743
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref36">
    <label>36</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Oh, T.I., You, Y.S. Jhajj, N., Rosenthal, E.W., Milchberg, H.M. and Kim, K.Y. (2013) Intense Terahertz Generation in Two-Color Laser Filamentation: Energy Scaling with Terawatt Laser Systems. New Journal of Physics, 15, Article ID: 075002. &gt;https://doi.org/10.1088/1367-2630/15/7/075002
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref37">
    <label>37</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Wang, T.-J., Yuan, S., Chen, Y.P., Daigle, J.-F., Marceau, C., Thberge, F., Chteauneuf, M., Dubois, J. and Chin, S.L. (2010) Toward Remote High Energy Terahertz Generation. Applied Physics Letters, 97, Article ID: 111108. &gt;https://doi.org/10.1063/1.3490702
    </mixed-citation>
   </ref>
   <ref id="scirp.140789-ref38">
    <label>38</label>
    <mixed-citation publication-type="other" xlink:type="simple">
     Chen, G., Kawayama, I., Murakami, H., Teramoto, T. and Tonouchi M. (2021) Intensity-Dependent Self-Induced Dual-Color Laser Phase Modulation and its Effect on Terahertz Generation. Scientific Reports, 11, Article No. 498. &gt;https://doi.org/10.1038/s41598-020-80105-7
    </mixed-citation>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>