米氏散射的案例
Ansys Zemax | 如何使用米氏散射模型模擬環境中的散射現象
附件下載
聯系工作人員獲取附件
這篇文章描述了如何在 OpticStudio 中建立 DLL 米氏散射（Mie scattering）模型。下方鏈接的范例文件演示了如何以該模型進行散射的模擬。范例系統包含了兩個不同結構。結構1模擬了光線入射空氣中的水滴后，在散射時達到瑞利極限（Rayleigh limit）的現象。結構2則模擬了光線在較大的粒子中發生散射時的情形，此時光學現象的討論由瑞利極限轉變為米氏散射的范疇。
簡介
根據麥克斯韋方程式，光線入射球型粒子會產生散射的現象，而米氏散射理論為此提供了解析解。此理論可推廣至任意大小的粒子，因此可適用在所有"粒子半徑對入射波長比"的情況。這對于模擬白云中的散射現象1時很有幫助，同時也有助于解釋光線入射特定物質，如牛奶和生物組織時所產生的變化。在 OpticStudio 的非序列模式中，我們可以用體散射（bulk scattering）的追跡方式建立這類的模型。此外，Bohren 和 Huffman 的研究為此現象的模擬提供了計算的依據。
這篇文章將說明模型在模擬系統中的表現，同時也會以一個大氣中的散射現象作為例子，此模擬將運用到米氏理論的 DLL 。
參數模擬
為了在非序列模式中的對象上套用米氏散射分布的設定，如下圖所示，我們需先開啟該物件的屬性字段（Object Properties），并在下方的 Volume Physics 項目中勾選 DLL 定義散射（DLL Defined Scattering），最后在 DLL 字段選擇 MIE.DLL。
為了使這個 DLL 正常運行，我們需要輸入5項參數。
折射系數
我們在這個字段設定散射粒子的折射系數（實數部分），而環境介質的折射系數，則是在材質（Material）欄位設定。
展開 23，用comsol求解米氏散射公式，納米球的散射問題 ￥2500
<p>對于球形納米顆粒被平面光照射后的散射問題，前人mie已經給出了精確的數值解析解來求解散射效率，消光效率，吸收效率，我簡稱mie散射公式/米氏散射公式。其他形貌（金棒形，金納米星形，正方形等等）不適用mie散射公式。</p><p>在之前第二篇文章的文獻中，作者已經給出米氏散射公式如下<img src="https://img.jishulink.com/upload/202304/9c6cb860894a4aafbf373876c4ba6f18.png" alt="捕獲.png"></p><p>作者對比了用 comsol波動光學模塊 和 米氏解析解 求解出的散射效率，發現二者吻合，從而證明確實用波動光學模塊計算出的結果正確。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202304/42d7ce04673649fb8191262b7608080d.png" alt="捕獲.png"></p><p><br></p><p>那么我現在也用comsol求解了上述的米氏散射公式，我用三種方法求解消光，散射效率：（1）波動光學模塊。（2）在comsol中手動敲入米氏散射公式。（3）用comsol內置好的米氏散射公式函數。發現三者求解的結果一致，能復現出論文，如下圖所示，證明了對散射，消光效率求解的正確性。
展開 平面電磁波散射中麥克斯韋方程組的米氏解
摘要
平面波對于任意半徑和折射率的球形粒子的吸收和散射問題，米氏解是嚴格的麥克斯韋求解器。其得到的散射效應十分依賴于粒子的大小。根據其特性，散射可以分為瑞利散射、米氏散射和幾何光學散射。VirtualLab Fusion中包含了完整的米氏解。該案例研究了不同半徑的球形粒子散射。
模擬任務
散射分類
非吸收球形的散射（摻雜硅）
吸收球形的散射（金）
在VirtualLab Fusion中查看
VirtualLab Fusion技術
文件信息
展開 [VirtualLab] 平面電磁波散射中麥克斯韋方程組的米氏解
摘要
平面波對于任意半徑和折射率的球形粒子的吸收和散射問題，米氏解是嚴格的麥克斯韋求解器。其得到的散射效應十分依賴于粒子的大小。根據其特性，散射可以分為瑞利散射、米氏散射和幾何光學散射。VirtualLab Fusion中包含了完整的米氏解。該案例研究了不同半徑的球形粒子散射。
模擬任務
散射分類
非吸收球形的散射（摻雜硅）
吸收球形的散射（金）
在VirtualLab Fusion中查看
VirtualLab Fusion技術
文件信息
展開 
Ansys Lumerical | 米氏散射 FDTD
DGTD 求解器
考慮使用米氏散射 （DGTD）獲得金屬納米顆粒的高精度結果。DGTD 求解器中有限元網格的性質可以實現更好的收斂，并且不易出現階梯和熱點問題。
下圖顯示了更高精度 FDTD 仿真的橫截面。FDTD 與理論結果之間的一致性顯然要好得多。此外，較小的網格會產生更高分辨率的場輪廓，從而更好地解析金屬界面附近的場。
Ansys Lumerical | 米氏散射 FDTD
DGTD 求解器
考慮使用米氏散射 （DGTD）獲得金屬納米顆粒的高精度結果。DGTD 求解器中有限元網格的性質可以實現更好的收斂，并且不易出現階梯和熱點問題。
下圖顯示了更高精度 FDTD 仿真的橫截面。FDTD 與理論結果之間的一致性顯然要好得多。此外，較小的網格會產生更高分辨率的場輪廓，從而更好地解析金屬界面附近的場。
基于comsol的Mie散射納米顆粒模型，求解吸光、散射、消光和雷達截面 ￥1800
米氏不同于瑞利散射呈對稱狀分布，而是散射在光線向前的方向比向后的方向更強，方向性比較明顯。 當顆粒直徑較大時，米氏散射可近似為<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%AB%E7%90%85%E7%A6%BE%E8%B4%B9%E8%A1%8D%E5%B0%84" rel="noopener noreferrer" target="_blank">夫瑯禾費衍射</a>。當大氣中粒子的直徑與輻射的波長相當時發生的散射稱為米氏散射，如云霧的粒子大小與紅外線(0.7615um)的波長接近，所以云霧對紅外線的輻射主要是米氏散射。是故，多云潮濕的天氣對米氏散射的影響較大。 Mie提出的米氏散射理論是對于處于均勻介質的各向同性的單個介質球在單色平行光照射下，基于麥克斯韋方程邊界條件下的嚴格數學解。100多年來，米氏散射理論得到了很大發展，適用范圍逐漸推廣。如顆粒形狀推廣到多層的各項同性介質球和折射率漸變的各向同性介質球；無限長圓柱形顆粒（折射率按柱面分布）。入射光束從很寬的平行光束推廣到高斯光束和其他有形光束（shaped beam），稱為廣義米氏理論（GLMT）。廣義米氏理論還可推廣到橢球散射體。</p><p>RCS：Radar-Cross Section（雷達散射截面積）指的是目標輻射等效面積σ，等于目標總的后向散射功率P與雷達發射機在目標處的入射功率密度Q之比。RCS：Radar Cross-Section（雷達散射截面積）雷達目標和散射的能量可以表示為一個有效面積和入射功率密度的乘積，這個面積通常稱為雷達散射截面積。</p><p>（轉載至：百度百科）</p><p>本次模型采用遠場散射場，求解了納米顆粒的米氏散射的各類散射截面積隨頻率的變化。
展開 Ansys Zemax | 如何設置鏡頭卡口的機械參考以進行熱分析
歡迎掃碼添加宇熠工作人員微信
申請進入 Ansys 光學交流群
添加工作人員
點擊圖片查看培訓詳情
相關閱讀
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 1 部分?：光學設計
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 2 部分?：使用 OpticsBuilder 實現光機械封裝
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 3 部分：使用 STAR 模塊和 ZOS-API 進行 STOP 分析
Ansys Lumerical | 米氏散射 FDTD
Ansys Lumerical | 針對多模干涉耦合器的仿真設計與優化
Ansys Zemax | 設計衍射光學元件（DOE）和超透鏡（metalens）
Ansys Zemax | 如何設計單透鏡 第一部分：設置
Ansys Zemax | HUD 設計實例
Ansys Speos | 進行智能手機鏡頭雜散光分析
Ansys Zemax | 如何設計光譜儀——理論依據
展開 Ansys Speos | Light Expert Group探測器組使用技巧
歡迎掃碼添加宇熠工作人員微信
申請進入 Ansys 光學交流群
添加工作人員
點擊圖片查看培訓詳情
相關閱讀
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 1 部分?：光學設計
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 2 部分?：使用 OpticsBuilder 實現光機械封裝
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 3 部分：使用 STAR 模塊和 ZOS-API 進行 STOP 分析
Ansys Lumerical | 米氏散射 FDTD
Ansys Lumerical | 針對多模干涉耦合器的仿真設計與優化
Ansys Zemax | 設計衍射光學元件（DOE）和超透鏡（metalens）
Ansys Zemax | 如何設計單透鏡 第一部分：設置
Ansys Zemax | HUD 設計實例
Ansys Speos | 進行智能手機鏡頭雜散光分析
Ansys Zemax | 如何設計光譜儀——理論依據
展開 金屬粉末材料性能表征：激光粒度儀不同設備偏差分析
作者：江蘇威拉里——魏放
金屬粉末粒度檢測通常使用激光粒度儀，其原理是采用米氏散射原理，通過顆粒的衍射或散射光的空間分布來分析顆粒大小。由于粒度儀品牌眾多，其檢測結果也有差異。本文將選取目前主流激光粒度儀丹東百特9300st和馬爾文3000進行對比，所選取的粉末種類有模具鋼18Ni300、CX，高溫合金GH4169、GH3536、GH3625和Al基粉末AlSi10Mg，主要測試兩種激光粒度儀對打印段粉末15-53um檢測結果的差異。
表1 設備基本參數表
粉末基體
馬爾文3000
丹東百特9000ST
顆粒折射率
顆粒吸收率
顆粒折射率
顆粒吸收率
Ni基
1.96
0.1
1.98
1
Fe基
2.9
0.1
2.86
1
Al基
2.5
3.0
2.5
3
馬爾文3000激光粒度儀和丹東百特9000ST激光粒度儀基本參數設置如表1所示。兩臺設備的顆粒折射率設置差別不大，鎳基和鐵基顆粒吸收率不同，但由于這兩種基體粉末的顏色為深灰色，所以顆粒吸收率設置在0.1-1之間均在允許范圍之內，不會對結果產生太大的影響。
圖1 馬爾文和百特粒度儀對不同基體粉末檢測結果
通過實驗結果可知，兩種設備對Fe基、Ni基和Al基三種粉末中的D(10)和D(50)檢測結果偏差相差不大，但是D（90）偏差值因基體而定。
展開 Ansys Zemax | 如何將光柵數據從Lumerical導入至OpticStudio（下）
歡迎掃碼添加宇熠工作人員微信
申請進入 Ansys 光學交流群
添加工作人員
點擊圖片查看培訓詳情
相關閱讀
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 1 部分?：光學設計
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 2 部分?：使用 OpticsBuilder 實現光機械封裝
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 3 部分：使用 STAR 模塊和 ZOS-API 進行 STOP 分析
Ansys Lumerical | 米氏散射 FDTD
Ansys Lumerical | 針對多模干涉耦合器的仿真設計與優化
Ansys Zemax | 設計衍射光學元件（DOE）和超透鏡（metalens）
Ansys Zemax | 如何設計單透鏡 第一部分：設置
Ansys Zemax | HUD 設計實例
Ansys Speos | 進行智能手機鏡頭雜散光分析
Ansys Zemax | 如何設計光譜儀——理論依據
展開 
Ansys Zemax | 如何將光柵數據從Lumerical導入至OpticStudio（上）
歡迎掃碼添加宇熠工作人員微信
申請進入 Ansys 光學交流群
添加工作人員
點擊圖片查看培訓詳情
相關閱讀
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 1 部分?：光學設計
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 2 部分?：使用 OpticsBuilder 實現光機械封裝
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 3 部分：使用 STAR 模塊和 ZOS-API 進行 STOP 分析
Ansys Lumerical | 米氏散射 FDTD
Ansys Lumerical | 針對多模干涉耦合器的仿真設計與優化
Ansys Zemax | 設計衍射光學元件（DOE）和超透鏡（metalens）
Ansys Zemax | 如何設計單透鏡 第一部分：設置
Ansys Zemax | HUD 設計實例
Ansys Speos | 進行智能手機鏡頭雜散光分析
Ansys Zemax | 如何設計光譜儀——理論依據
展開 書籍推薦---《雜散光抑制設計與分析》
目錄
第 １ 章 簡介和術語 / １
１．１ 研讀本書的前提條件 / ４
１．２ 本書的組織結構 / ４
１．３ 雜散光術語 / ６
１．４ 小結 / １０
參考文獻 / １０
第 ２ 章 雜散光分析中的基本輻射度學 / １２
２．１ 輻射度學術語 / １３
２．２ 輻射傳輸 / ２８
２．３ 探測器響應度 / ３５
２．４ 小結 / ３６
參考文獻 / ３７
第 ３ 章 雜散光分析中的基本光線追跡 / ４０
３．１ 建立雜散光模型 / ４０
３．２ 光線追跡 / ４３
３．３ 小結 / ５８
參考文獻 / ５９
第 ４ 章 光學表面粗糙度和涂層引起的散射 / ６０
４．１ 未鍍膜的光學表面粗糙度引起的散射 / ６１
４．２ 鍍膜光學表面粗糙度引起的散射 / ７２
４．３ 劃痕和凹痕引起的散射 / ７４
４．４ 小結 / ７５
參考文獻 / ７５
第 ５ 章 微粒污染物引起的散射 / ７７
５．１ 球形微粒的散射(米氏散射理論) / ７９
５．２ 微粒密度函數模型 / ８１
５．３ BSDF 模型 / ９０
５．４ 污染物散射與表面粗糙度散射的比較 / ９５
５．５ 體材料內雜質引起的散射 / ９５
５．６ 分子污染物 / ９８
５．７ 小結 / ９８
參考文獻 / ９９
第 ６ 章 黑化表面處理引起的散射 / １０２
６．１ 黑化表面處理的光散射的物理過程 / １０３
６．２ 黑化表面處理的選擇標準 / １１４
６．３ 黑化表面處理的類型 /
展開 光學設計好書推薦 ---雜散光抑制設計與分析
目錄
第 １ 章 簡介和術語 / １
１．１ 研讀本書的前提條件 / ４
１．２ 本書的組織結構 / ４
１．３ 雜散光術語 / ６
１．４ 小結 / １０
參考文獻 / １０
第 ２ 章 雜散光分析中的基本輻射度學 / １２
２．１ 輻射度學術語 / １３
２．２ 輻射傳輸 / ２８
２．３ 探測器響應度 / ３５
２．４ 小結 / ３６
參考文獻 / ３７
第 ３ 章 雜散光分析中的基本光線追跡 / ４０
３．１ 建立雜散光模型 / ４０
３．２ 光線追跡 / ４３
３．３ 小結 / ５８
參考文獻 / ５９
第 ４ 章 光學表面粗糙度和涂層引起的散射 / ６０
４．１ 未鍍膜的光學表面粗糙度引起的散射 / ６１
４．２ 鍍膜光學表面粗糙度引起的散射 / ７２
４．３ 劃痕和凹痕引起的散射 / ７４
４．４ 小結 / ７５
參考文獻 / ７５
第 ５ 章 微粒污染物引起的散射 / ７７
５．１ 球形微粒的散射(米氏散射理論) / ７９
５．２ 微粒密度函數模型 / ８１
５．３ BSDF 模型 / ９０
５．４ 污染物散射與表面粗糙度散射的比較 / ９５
５．５ 體材料內雜質引起的散射 / ９５
５．６ 分子污染物 / ９８
５．７ 小結 / ９８
參考文獻 / ９９
第 ６ 章 黑化表面處理引起的散射 / １０２
６．１ 黑化表面處理的光散射的物理過程 / １０３
６．２ 黑化表面處理的選擇標準 / １１４
６．３ 黑化表面處理的類型 /
展開 Ansys Zemax | 如何在OpticStudio中建模DMD（MEMS）
歡迎掃碼添加宇熠工作人員微信
申請進入 Ansys 光學交流群
添加工作人員
相關閱讀
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 1 部分?：光學設計
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 2 部分?：使用 OpticsBuilder 實現光機械封裝
Ansys Zemax | 手機鏡頭設計 - 第 3 部分：使用 STAR 模塊和 ZOS-API 進行 STOP 分析
Ansys Lumerical | 米氏散射 FDTD
Ansys Lumerical | 針對多模干涉耦合器的仿真設計與優化
Ansys Zemax | 設計衍射光學元件（DOE）和超透鏡（metalens）
Ansys Zemax | 如何設計單透鏡 第一部分：設置
Ansys Zemax | HUD 設計實例
Ansys Speos | 進行智能手機鏡頭雜散光分析
Ansys Zemax | 如何設計光譜儀——理論依據
展開 