【技术实现步骤摘要】
本申请属于压缩，更具体地，涉及一种基于压缩计算区域的光学有限元散射计算方法及系统。
技术介绍
1、光学器件的散射问题是指当光波通过光学器件时，由于波动性，光波不可能严格的沿着几何光线传播。在光线旁边的区域，光强并不能严格为零，这就是所说的光的散射效应。散射问题在光学系统的设计和应用中具有重要性，尤其是在寻求高分辨率光学成像时，散射问题是必须考虑的因素。此外，光的散射问题也影响着光通信、激光加工和生物医学光学等领域。
2、计算光学器件的散射问题的方法主要为有限元法、有限差分法等数值方法。数值方法可用于任何类型的光学器件，且不依赖于光学器件的几何形状和材料参数。此外，数值方法能提供全场分布的信息，而不仅仅是在特定点或者特定方向的信息，因此对于解决各种实际工程问题具有强大的适应性。然而，数值方法并非完美无瑕，其在应用过程中也存在一些问题。数值方法的计算成本相比解析方法通常较高，对于计算资源的需求也较大。例如，有限元法需要大量的计算资源来构建和求解线性方程组，对内存和计算时间的需求相对较大。
3、对于复杂结构的光学器件，计算散射问题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。如何深入研究和优化算法，持续改进计算精度和效率是值得研究的重要问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本申请的目的在于提供了一种基于压缩计算区域的光学有限元散射计算方法及系统，旨在解决对于复杂结构的光学器件，计算散射问题的数值模拟方法需要处理复杂的数学
2、为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种基于压缩计算区域的光学有限元散射计算方法，包括以下步骤：
3、根据光学器件的双重镜面对称性，将初始目标有限元计算区域以镜面对称轴为分割线，分为相同的四个子区域；将初始目标有限元计算区域压缩成其中任一子区域；
4、利用镜面对称性将入射场分解为四个子入射场，将散射问题分解为以子入射场作为新的入射激励的四个子散射问题；
5、为每个散射问题添加边界条件，在压缩后的目标有限元计算区域上，分别以子入射场作为新的入射激励求解四个子散射问题，获取的四个子散射场叠加作为光学器件散射场；
6、其中，边界条件包括镜面对称分割初始目标有限元计算区域引入的边界条件；光学器件的镜面对称性为光学器件关于某个平面镜像后仍为本身。
7、进一步优选地，入射场分解和边界条件为：
8、第一子入射场为：对应的边界条件为：x轴镜面对称边界上设置完美磁导体边界条件；y轴镜面对称边界上设置完美磁导体边界条件；其中，光学器件具有x-z平面镜面对称性和关于y-z平面镜面对称性；xyz为笛卡尔坐标系；笛卡尔坐标系的原点与初始目标有限元计算区域的中心重合；
9、第二子入射场为：对应的边界条件为：x轴镜面对称边界上设置完美电导体边界条件；y轴镜面对称边界上设置完美电导体边界条件；
10、第三子入射场为：对应的边界条件为：x轴镜面对称边界上设置完美磁导体边界条件；y轴镜面对称边界上设置完美电导体边界条件；
11、第四子入射场为：对应的边界条件为：x轴镜面对称边界上设置完美电导体边界条件；y轴镜面对称边界上设置完美磁导体边界条件；
12、其中，
13、r为笛卡尔坐标，r＝[x,y,z]t；e(r)为入射场。
14、进一步优选地，光学器件散射问题的求解方程为：
15、a{x}＝b
16、其中，{x}为待求散射场的列向量系数，a和b是维度为n的已知系数矩阵；n为有限元自由度。
17、第二方面，本申请提供了一种基于压缩计算区域的光学有限元散射计算系统，包括：
18、计算区域压缩模块，用于根据光学器件的双重镜面对称性，将初始目标有限元计算区域以镜面对称轴为分割线，分为相同的四个子区域；将初始目标有限元计算区域压缩成其中任一子区域；
19、入射场分解模块，用于利用镜面对称性将入射场分解为四个子入射场，将散射问题分解为以子入射场作为新的入射激励的四个子散射问题，并为每个子散射问题添加边界条件；
20、散射问题求解模块，用于在压缩后的目标有限元计算区域上，分别以子入射场作为新的入射激励求解四个子散射问题，获取的四个子散射场叠加作为光学器件散射场；
21、其中，边界条件包括镜面对称分割初始目标有限元计算区域引入的边界条件；光学器件的镜面对称性为光学器件关于某个平面镜像后仍为本身。
22、进一步优选地，入射场分解和边界条件为：
23、第一子入射场为：对应的边界条件为：x轴镜面对称边界上设置完美磁导体边界条件；y轴镜面对称边界上设置完美磁导体边界条件；其中，光学器件具有x-z平面镜面对称性和关于y-z平面镜面对称性；xyz为笛卡尔坐标系；笛卡尔坐标系的原点与初始目标有限元计算区域的中心重合；
24、第二子入射场为：对应的边界条件为：x轴镜面对称边界上设置完美电导体边界条件；y轴镜面对称边界上设置完美电导体边界条件；
25、第三子入射场为：对应的边界条件为：x轴镜面对称边界上设置完美磁导体边界条件；y轴镜面对称边界上设置完美电导体边界条件；
26、第四子入射场为：对应的边界条件为：x轴镜面对称边界上设置完美电导体边界条件；y轴镜面对称边界上设置完美磁导体边界条件；
27、其中，
28、r为笛卡尔坐标，r＝[x,y,z]t；e(r)为入射场。
29、进一步优选地，光学器件散射问题的求解方程为：
30、a{x}＝b
31、其中，{x}为待求散射场的列向量系数，a和b是维度为n的已知系数矩阵；n为有限元自由度。
32、第三方面，本申请提供一种电子设备，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进一步优选地所描述的方法。
33、第四方面，本申请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进一步优选地所描述的方法。
34、第五方面，本申请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进一步优选地所描述的方法。
35、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。
36、总体而言，通过本申请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：
37、本专利技术提供了一种基于压缩计算区域的光学有限元散射计算方法及系统，其中，光学器件具有双重镜面对称性，因此，可以将初始有限元计算区域以镜面对称轴为分割线，分为相同的四个子区域；将初始目标本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于压缩计算区域的光学有限元散射计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的光学有限元散射计算方法，其特征在于，入射场分解和边界条件为：
3.根据权利要求1或2所述的光学有限元散射计算方法，其特征在于，光学器件散射问题的求解方程为：
4.一种基于压缩计算区域的光学有限元散射计算系统，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的光学有限元散射计算系统，其特征在于，入射场分解模块中入射场分解和边界条件为：
6.根据权利要求4或5所述的光学有限元散射计算系统，其特征在于，散射问题求解模块中光学器件散射问题的求解方程为：
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
8.一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1-3任一所述的方法。
9.一种计算机程序产品，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1-3任一所述的方法。
【技术特征摘要】
1.一种基于压缩计算区域的光学有限元散射计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的光学有限元散射计算方法，其特征在于，入射场分解和边界条件为：
3.根据权利要求1或2所述的光学有限元散射计算方法，其特征在于，光学器件散射问题的求解方程为：
4.一种基于压缩计算区域的光学有限元散射计算系统，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的光学有限元散射计算系统，其特征在于，入射场分解模块中入射场分解和边界条件为：
...【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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。