[发明专利]面积分自洽耦合分析方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明实施例公开了一种面积分自洽耦合分析方法、装置、设备及存储介质，其中，所述面积分自洽耦合分析方法，包括：建立基次频和二次谐波频下散射问题的统一PMCHWT面积分方程；将统一的面积分方程要计算的未知量减半；以自洽耦合的方式来综合考虑基次场与二次谐波场的相互耦合作用；由电流系数和磁流系数计算纳米颗粒的二次谐波场。在本发明实施例中，实现了将统一的面积分方程计算未知量减半，同时改善其阻抗矩阵分布，消去两组高稀疏的矩阵元素，改善了阻抗矩阵的条件数，提高了方程的收敛性，使得面积分方法中的方程性态变好，改善了在考虑二次谐波场与基次场的互耦作用时数值仿真的效率。

技术领域

本发明涉及谐波分析技术领域，尤指一种面积分自洽耦合分析方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

纳米颗粒由于其优异的光学和催化等特性，其在等离激子学与能量转换等方面取得了巨大的进展。纳米颗粒的二次谐波的产生(Second Harmonic,SH)是一个非线性光学过程，其中两个频率相同的光子相互作用，产生一个频率为基频两倍的光子。纳米颗粒的二次谐波产生(Second Harmonic Generation,SHG)主要由局部表面SH源贡献，具备高辐射方向性和界面敏感性，因此在材料界面表征、定向天线设计、生物定向检测、生物显微成像等方面具有重要实用价值。

由于二次谐波产生SHG对纳米颗粒的对称性极为敏感，因此对二次谐波的建模分析要求比较严格。在实际应用中，谐波的产生可以分解为耦合线性问题，因此可以直接利用材料的测量参数，从而使得频域方法在非线性光学过程的建模中备受欢迎。纳米颗粒为均匀介质，使用面积分方法仅需在表面进行剖分即可，这样能减少计算量，就如现有技术文献“J,Suuriniemi S,Kauranen M.Boundary element method for surfacenonlinear optics of nanoparticles[J].Optics express,2011,19(23):23386-23399”中提到的适用于求解局域面SH源产生的二次谐波。然而，由于引入了内外表面两组过高的未知量，使得面积分方法中的方程性态变差，在考虑二次谐波场与基次场的互耦作用时数值仿真的效率进一步降低。

发明内容

本发明实施例提供了一种面积分自洽耦合分析方法、装置、设备及存储介质，实现了将统一的面积分方程计算未知量减半，同时改善其阻抗矩阵分布，消去两组高稀疏的矩阵元素，改善了阻抗矩阵的条件数，提高了方程的收敛性，使得面积分方法中的方程性态变好，改善了在考虑二次谐波场与基次场的互耦作用时数值仿真的效率。

本发明实施例提供了一种面积分自洽耦合分析方法，包括：

用均匀平面波入射纳米颗粒，采用三角形网格来剖分以此对纳米颗粒离散建模而得到纳米颗粒模型，并获取纳米颗粒模型中边的数目、编号以及几何位置信息；

以纳米颗粒的内表面和外表面的等效感应电流和磁流为未知量，根据电场和磁场的边界条件，建立基次频和二次谐波频下散射问题的统一PMCHWT面积分方程；

根据场与源在边界上的等效关系，将二阶极化源等效为二次谐波频率下的入射源，将统一的面积分方程要计算的未知量减半，同时改善其阻抗矩阵分布；

以自洽耦合的方式来综合考虑基次场与二次谐波场的相互耦合作用；

用矩量法离散求解面积分方程，得到电流系数和磁流系数，再由电流系数和磁流系数计算纳米颗粒的二次谐波场。