【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学器件设计优化领域，更具体地，涉及一种点群对称结构光学器件的本征模式的计算方法和系统。
技术介绍
1、光学器件的本征模式问题是指光在器件中传播时，由于器件的结构和材料的特性，会导致光场分布存在特定的模式形态，即本征模式。光学器件的性能受到本征模式的限制，了解本征模式的性质可以帮助设计和优化器件，提高其性能。本征模式也与器件的稳定性和可靠性密切相关，对于器件的长期稳定运行和易损部件的寿命评估有一定的指导意义。此外，本征模式问题还对于光器件间的互操作性和光网络系统的整体性能评估具有重要的影响。因此，本征模式问题的研究对于光学器件的设计和性能评估具有重要的意义。
2、计算光学器件的本征模式的方法主要包括解析解法和数值解法。解析解法基于对光场的物理描述和器件的数学模型的分析，通过求解波动方程或麦克斯韦方程的特定模式，得到本征模式的场分布和特性。数值解法则是利用数值计算方法，如有限元法、有限差分法和有限差分时间域法等，将波动方程或麦克斯韦方程离散化后，通过迭代计算求解得到本征模式。
3、对于复杂结构的光学器件，计算本征模式的数值模拟方法需要处理复杂的数学模型和计算算法，计算量较大，需要耗费大量计算资源。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种点群对称结构光学器件的本征模式的计算方法和系统，旨在解决现有方法面对复杂结构的光学器件时计算量较大，需要耗费大量计算资源的问题。
2、为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供
3、利用光学器件的点群对称特性，将目标有限元计算区域进行压缩；
4、标记压缩区域中各边界条件的类型，添加压缩引入的边界条件约束；
5、根据边界条件约束得到压缩区域对应的本征方程，求解本征方程得到光学器件的本征模式。
6、优选地，所述点群对称特性为cn,v点群对称性，包括旋转对称和镜面对称，其中，n标识旋转对称，其取值满足旋转2π/n角度可以回到自身，v标识镜面对称。
7、优选地，所述将目标有限元计算区域进行压缩，具体为：
8、目标有限元计算区域以两种不同镜面对称轴为分割线，分为相同的若干区域，将目标有限元计算区域压缩为其中任一个区域，所述两种不同镜面对称轴分别为旋转单元的边界和旋转单元的镜面对称轴，所述旋转单元为以2π/n的旋转角绕旋转轴旋转n次得到恢复的原始结构。
9、优选地，计算本征模式中的对称保护简并模式时，第一边界条件约束为：
10、
11、其中，q为的整数；i为单位矩阵；分别为内部区域有限元未知量的实部、虚部，所述内部区域为压缩区域除第一种镜面对称轴s0和第二种镜面对称轴s1以外的部分；分别为第一种镜面对称轴s0上有限元未知量的实部、虚部；分别为第二种镜面对称轴s1上有限元未知量的实部、虚部。
12、优选地，将第一边界条件约束记为x＝px′；根据矩阵计算原理，将压缩区域的本征方程改写为ptapx′＝λptbpx′形式后；求解改写后的压缩区域的本征方程，得到本征模式的有效折射率和模场分布。
13、优选地，计算本征模式中的非对称保护简并模式时，第二边界条件分为以下四种情况，用于约束压缩区域的非对称保护简并模式的求解：
14、
15、其中，pmc为完美磁导体边界条件；pec为完美电导体边界条件；s0为第一种镜面对称边界；s1为第二种镜面对称轴边界。
16、为实现上述目的，第二方面，本专利技术提供了一种点群对称结构光学器件的本征模式的计算系统，包括：至少一个存储器，用于存储程序；至少一个处理器，用于执行所述存储器存储的程序，当所述存储器存储的程序被执行时，所述处理器用于执行如第一方面所述的方法。
17、为实现上述目的，第三方面，本专利技术提供一种电子设备，包括：至少一个存储器，用于存储程序；至少一个处理器，用于执行存储器存储的程序，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。
18、为实现上述目的，第四方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。
19、为实现上述目的，第五方面，本专利技术提供一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。
20、可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
21、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
22、本专利技术提供了一种点群对称结构光学器件的本征模式的计算方法和系统，相比现有技术，由于同时利用了旋转对称性和镜面对称性，将计算区域进一步缩小，网格数量及自由度数目减少数倍，大幅减少计算所需时间和计算所需内存，极大地提高具有高对称性器件的求解效率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种点群对称结构光学器件的本征模式的计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述点群对称特性为CN,v点群对称性，包括旋转对称和镜面对称，其中，N标识旋转对称，其取值满足旋转2π/N角度可以回到自身，v标识镜面对称。
3.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述将目标有限元计算区域进行压缩，具体为：
4.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，计算本征模式中的对称保护简并模式时，第一边界条件约束为：
5.如权利要求4所述的计算方法，其特征在于，将第一边界条件约束记为x＝Px′；根据矩阵计算原理，将压缩区域的本征方程改写为PTAPx′＝λPTBPx′形式后；求解改写后的压缩区域的本征方程，得到本征模式的有效折射率和模场分布。
6.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，计算本征模式中的非对称保护简并模式时，第二边界条件分为以下四种情况，用于约束压缩区域的非对称保护简并模式的求解：
7.一种点群对称结构光学器件的本征模式的计算系统，其特征在于，包括：
8.一种
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序在处理器上运行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6任一所述的方法。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，当所述计算机程序产品在处理器上运行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6任一所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种点群对称结构光学器件的本征模式的计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述点群对称特性为cn,v点群对称性，包括旋转对称和镜面对称，其中，n标识旋转对称，其取值满足旋转2π/n角度可以回到自身，v标识镜面对称。
3.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述将目标有限元计算区域进行压缩，具体为：
4.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，计算本征模式中的对称保护简并模式时，第一边界条件约束为：
5.如权利要求4所述的计算方法，其特征在于，将第一边界条件约束记为x＝px′；根据矩阵计算原理，将压缩区域的本征方程改写为ptapx′＝λptbpx′形式后；求解改写后的压缩区...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈云天，王经纬，刘立达，静玉浩，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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