MoonBit Photonics (moonbit-photonics)

面向薄膜、波导、光子晶体与多层介质结构的高性能光子学传输矩阵法（Transfer Matrix Method, TMM）计算库与可视化工具箱。专为 MoonBit 2026 开源创新大赛 (OSC 2026) 独立打造。

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📋 OSC 2026 参赛项目摘要

项目属性	详细内容
项目标识	moonbit-photonics
项目名称	moonbit 光子学传输矩阵库 (MoonBit Transfer Matrix Method Photonics Library)
参赛赛事	MoonBit 2026 开源创新大赛 (OSC 2026)
独立开发者	wyhjjkk (GitLink / GitHub: wyhjjkk)
开源许可证	Apache License 2.0
源码规模	4,033 行 原生 MoonBit (.mbt) 代码
测试套件	51 组 单元与集成测试 (全量通过)
工具链合规	基于 MoonBit 0.10.3 工具链，moon fmt --check, moon check, moon test 全量通过 (0 警告, 0 报错)

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🌟 核心特性与攻坚成果

1. 复数与矩阵求解引擎:

   • 支持 1D Isotropic 2x2 传输矩阵与 Berreman 4x4 异向性介质矩阵求解。
   • 复数特征值/特征向量求解器、琼斯矢量 (Jones Vector) 与 斯特劳克斯参数 (Stokes Parameters) 计算。
   • 支持 TE (s-波) 与 TM (p-波) 任意入射角 ${\theta }_0\backslash theta\_0$ 求解。

2. 多物理场色散材料库:

   • 常数折射率 ($n,kn,\; k$)
   • Cauchy 色散公式 ($A,B,CA,\; B,\; C$)
   • Sellmeier 玻璃色散模型 (内置 Schott N-BK7, Fused Silica, Sapphire, GaAs, InP, GaN, Si3N4, TiO2, Ta2O5, HfO2, MgF2 等 30+ 常见材料)
   • Drude-Lorentz 金属与半导体介电常数模型 (Gold, Silver, Aluminum, Copper, Platinum, Titanium, ITO 等)
   • Natural Cubic Spline 三次自然样条插值表。

3. 经典与前沿光子学器件建模:

   • 分布式布拉格反射镜 (DBR): 禁带中心、高反射带宽、理论峰值反射率与波段计算。
   • Fabry-Pérot 谐振腔: 腔模峰值查找、FWHM、品质因子 Q 与 精细度 Finesse 导出。
   • 增透膜 (ARC): 单层增透 (Quarter-Wave)、双层 V-coating / W-coating 增透。
   • 多腔窄带带通滤光片: $(HL{)}^{N}2L(LH{)}^N(HL)^N\; 2L\; (LH)^N$ 多腔扁平带通结构。
   • Chirped 渐变周期 DBR: 线性 / 二次厚度调制宽带高反镜。
   • Rugate 渐变折射率滤光片: 正弦折射率调制与 Hamming / Gaussian 窗函数抑侧瓣。
   • 平面介质波导: 导模 ($T{E}_m\mathrm{/}T{M}_{m}TE\_m\; /\; TM\_m$) 截止波长、有效折射率 $n_{eff}n\_\{eff\}$ 根求解器与限制因子 $\mathrm{\Gamma }\backslash Gamma$。
   • 表面等离子体共振 (SPR) 传感器: Kretschmann 结构共振角 ${\theta }_{SPR}\backslash theta\_\{SPR\}$、灵敏度 $SS$ (deg/RIU) 与品质因数 FOM 计算。
   • 1D 光子晶体 (Photonic Crystal): Bloch 波矢 $K(\omega )K(\backslash omega)$ 计算与光子带隙 (PBG) 提取。
   • 定向耦合器 (Directional Coupler): 偶/奇超模偶合长度 $L_{c}L\_c$ 与消光比计算。

4. 超快光学群迟延色散 (GD / GDD / TOD):

   • 计算群迟延 (GD, fs)、群迟延色散 (GDD, ${\text{fs}}^2\backslash text\{fs\}^2$) 与三阶色散 (TOD, ${\text{fs}}^3\backslash text\{fs\}^3$)，服务于飞秒激光脉冲压缩与色散补偿。

5. 蒙特卡洛制备容差仿真 (Monte Carlo Yield Analysis):

   • 包含高斯分布厚度与折射率抖动仿真、均值/标准差与良率 ($R\ge R_{target}R\; \backslash ge\; R\_\{target\}$) 计算。

6. 矢量可视化与多端报表渲染:

   • SVG 矢量光谱图 ($R\mathrm{/}T\mathrm{/}AR/T/A$ 随波长/角度变化) 与空间电场分布图 $\mathrm{\mid }E(z){\mathrm{\mid }}^2|E(z)|^2$ 渲染。
   • CSV 数据表格导出器。
   • Markdown 研报自动生成器。
   • 响应式 HTML 交互视效看板生成器。

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🏗️ 目录结构

moonbit-photonics/
├── .github/
│   └── workflows/
│       └── ci.yml             # GitHub Actions CI 工作流 (格式化/类型/测试)
├── src/
│   ├── types/                 # 复数、2x2 & 4x4 矩阵、琼斯矢量、物理单位
│   ├── dispersion/            # 色散介质模型、30+ 材料库、三次样条插值
│   ├── layer/                 # 介质、光学薄膜层与 LayerStack 堆栈构建器
│   ├── core_tmm/              # TMM 求解引擎、电场分布 $E(z)$、Poynting 矢量、GDD
│   ├── structures/            # DBR, Fabry-Perot, ARC, Rugate, Waveguide, SPR, PBG
│   ├── sweep/                 # 波长/角度/厚度扫描、2D 网格扫描、蒙特卡洛容差
│   ├── export/                # SVG 矢量绘图器、CSV、Markdown & HTML Dashboard
│   └── main/                  # CLI 综合演示与基准程序
├── README.md
├── LICENSE (Apache-2.0)
├── .gitignore
└── moon.mod

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🚀 编译与测试

# 格式化检查
moon fmt --check

# 静态类型检查
moon check

# 包信息生成
moon info

# 运行 51 组单元与集成测试
moon test

# 运行 CLI 演示程序
moon run src/main

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📄 参赛声明与开源协议

本项目全量源码均系 wyhjjkk 独立原创编写，专为 MoonBit 2026 开源创新大赛 (OSC 2026) 创作，遵循 Apache License 2.0 协议。