XIAN-FEM-2026June/3D opticsfem-master

OpticsFEM3D

三维矢量有限元光学电磁仿真程序（一阶 Nedelec 边元）。

支持的问题类型

FemType	说明	网格	状态
0–3	二维问题（本征/散射）	Mesh_2D	遗留接口，与 2D 版相同
4	三维一阶散射（SBC）	Mesh_3D	完整：组装 → 求解 → 后处理
5	三维一阶本征频率	Mesh_3D	组装 + A/B 矩阵导出（Run/Post 待接）

三维主算例共用网格 SBCmesh.dat，散射与本征分别使用 sbc3d.json、eigen3d.json。

推荐构建目录

为避免散射与本征互相覆盖 exe 和 OutFile，建议使用两个独立 CMake 构建目录：

目录	用途	配置文件
scat3D/	FemType=4 散射	sbc3d.json
eigen3D/	FemType=5 本征频率	eigen3d.json

旧目录 build/、build1/ 为早期本地构建，可保留或删除，不必上传 Git。

环境

• Windows 10/11 x64
• Visual Studio 2026（18），工作负载：使用 C++ 的桌面开发
• CMake ≥ 3.8（随 VS 安装）

若 cmake 不在 PATH 中：

$env:Path += ";C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\18\Community\Common7\IDE\CommonExtensions\Microsoft\CMake\CMake\bin"

编译

cd "3D opticsfem-master"

# 散射（FemType=4）
cmake -B scat3D -G "Visual Studio 18 2026" -A x64
cmake --build scat3D --config Release

# 本征频率（FemType=5）
cmake -B eigen3D -G "Visual Studio 18 2026" -A x64
cmake --build eigen3D --config Release

产物（每个构建目录各一份）：

• scat3D/Release/OpticsFEM.exe 或 eigen3D/Release/OpticsFEM.exe
• */Release/complex/complexsolver.exe（FemType=4 散射求解必需，CMake 自动编译）

运行散射算例（FemType = 4）

1. 修改 test/Test_Main.cpp，确保读取 sbc3d.json（当前默认），重新编译 scat3D。
2. 部署输入文件：

Copy-Item sbc3d.json, SBCmesh.dat -Destination scat3D\Release\
cd scat3D\Release
.\OpticsFEM.exe

3. 控制台应打印 OpticsFEM_All returned 4。
4. 结果在 OutFile/：Ex、Ey、Ez、normE。

运行本征频率算例（FemType = 5）

1. 修改 test/Test_Main.cpp 中 JSON 文件名为 eigen3d.json，重新编译 eigen3D。
2. 部署输入文件：

Copy-Item eigen3d.json, SBCmesh.dat -Destination eigen3D\Release\
cd eigen3D\Release
.\OpticsFEM.exe

3. 控制台应打印 OpticsFEM_All returned 5。
4. 当前输出 OutFile/ 下 A/B 稀疏矩阵 COO：Ai/Aj/Av、Bi/Bj/Bv（0-based），供与 MATLAB eigs(A,B) 对比验证。

说明：FemType=5 的 Run()（特征值求解）与 Post()（场重构）尚未接入主流程；矩阵组装与边界处理已完成。

输入文件

文件	FemType	说明
sbc3d.json	4	散射配置，含 sbc 边界块与 lambda
eigen3d.json	5	本征频率配置，含 NbrMode、searchValue 等
SBCmesh.dat	4 / 5	三维四面体网格（顶点、四面体、边、三角边界等）

物理形式简述

问题	方程形式	矩阵
散射 (4)	A·x = b（给定 λ/k₀）	A = curl-curl − k₀²ε + SBC；b 来自入射边界
本征 (5)	A·x = λ·B·x	A = curl-curl（刚度）；B = ε·质量

体积分核函数相同，散射将刚度与质量合并进 A 并加边界激励；本征拆成 A、B 求特征值。

详细文档

• OpticsFEM_完整使用说明与代码介绍.md — 模块说明、JSON 字段、FemType=4/5 专章
• compare/README.md — 与 COMSOL 的 normE 切面对比（散射）

仓库说明

• 仅上传源码与算例 JSON；scat3D/、eigen3D/、build/、build1/ 为本地 CMake 产物，不上传。
• FemType=4 的 complexsolver.exe 由 CMake 从 complex/complexsolver.cpp 编译，无需单独 PETSc 版求解器。