随着纳米光学器件制备工艺的发展和成熟,光镊和光通信等技术得以在更广泛的领域中得到应用,因此对光学及其相关领域的物理仿真也具有了更重要的意义。考虑到光具有电磁波的特性,本文将计算电磁学中的有限元法(Finite Element Method,FEM)用于光学计算领域,结合麦克斯韦应力张量(Maxwell Stress Tensor,MST)和热传导方程,实现对目标物体的多物理场耦合现象的仿真。首先,给出光的电磁场表征形式并通过基本几何单元剖分整个仿真区域,基于变分原理离散麦克斯韦微分方程组。在确定边界条件后,通过构造并求解有限元矩阵,可以获得空间电磁场分布的近似数值解。四面体剖分和矢量基函数使得FEM具有良好的适应性,可以对任意形状任意材料属性的结构进行仿真。然后,通过MST建立起电磁场与机械动量之间的转化。通过确定包围目标物体的闭合曲面,并对该曲面上的MST做面积分,可以得到目标物体所受的光力。光力的仿真常用于对光镊尤其是表面等离激元(Surface Plasmon,SP)光镊进行分析。SP光镊在局部空间形成极为显著的电场增强,陡峭的电场梯度产生的梯度力可以用于对纳米尺度粒子的捕获。最后,通过光热耦合条件,实现麦克斯韦方程组和传热方程在FEM中的联立,多物理场间的相互影响,在FEM中体现为材料属性和右端向量的变化。通过对有限元方程的更新与迭代,可以实现对多物理场耦合的仿真。进一步以时间差分方程近似替代时间微分方程,可以将频域方程改写为时域形式,获得多物理场随时间的变化关系。