散射建模的案例
線下培訓 | 《 ASAP 照明設計》招生中
ASAP 提供精準的 LED 光源，結合為 Lens 添加菲涅耳運算、散射模型，保證模擬結果的準確度。ASAP 在 LED 設計過程中為工程師提供的強大自由度，保記您的每一個想法都不再是紙上談兵!
為滿足大家的學習需求，武漢墨光將于08月21日-08月23日舉辦《ASAP 照明設計》線下培訓。，共計3天時間。以下是本次培訓具體詳情：
培訓主題
ASAP照明設計
課程大綱
· 照明光學概述
· 照明光學設計過程
· 輻射度測定和光度測定
· 光源建模
· 使用 CAD 模型
· 復合拋物面聚光器
· 自由曲面設計
· 色度學分析
· 照明系統散射建模
· 幾何物體
· 探測器物體
· 光源物體
· 運算符物體
· 理想化物體
· 使用測量的光源數據
· BEF 建模
· 控制干擾光線
· 照明系統的公差分析
· 照明系統的優化
課程詳情
本培訓為線下培訓，培訓時間為3天;
課堂上提供最新版的 ASAP 軟件，統一發送配套的培訓教材;
學員自帶筆記本電腦，課程結束后合格者頒發培訓證書;
為保證課程質量，課程均采用小班授課模式。
舉辦單位：武漢墨光科技有限公司
培訓日期：2023年08月21日-08月23日 共三天（09：00-17：00）
培訓費用：
1、標準收費為：4800元/人
2、團體(3人及以上)報名可以享受八折優惠，以上優惠不可疊加使用。
3、提供服務性發票，項目“培訓費”。
報名方式：
報名咨詢可前往評論區留言。
注：如報名人數未達到最低開課人數，武漢墨光將酌情調整或延期開設本門課程。
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培訓主題
ASAP 照明設計
武漢墨光將在
2023年06月19日-21日
舉辦《 ASAP 照明設計》線下培訓。共計3天。
課程大綱
· 照明光學概述
· 照明光學設計過程
· 輻射度測定和光度測定
· 光源建模
· 使用 CAD 模型
· 復合拋物面聚光器
· 自由曲面設計
· 色度學分析
· 照明系統散射建模
· 幾何物體
· 探測器物體
· 光源物體
· 運算符物體
· 理想化物體
· 使用測量的光源數據
· BEF 建模
· 控制干擾光線
· 照明系統的公差分析
· 照明系統的優化
課程詳情
本培訓為線下培訓，培訓時間為3天；
課堂上提供最新版的 ASAP 軟件，統一發送配套的培訓教材；
學員自帶筆記本電腦，課程結束后合格者頒發培訓證書；
為保證課程質量，課程均采用小班授課模式。
舉辦單位：武漢墨光科技有限公司
培訓日期：2023年6月19日-21日（三天）
培訓費用：
1、標準收費為：4800 元/人；
2、團體（3人及以上）報名可以享受八折優惠，提前一個月報名可以享受九折優惠，以上優惠不可疊加使用；
3、提供服務性發票，項目“培訓費”。
報名方式：
報名咨詢可前往武漢墨光官網（掃描下方官網二維碼）留言或直接掃碼與我們的工人員溝通聯系。
武漢墨光官網
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注：如報名人數未達到最低開課人數，武漢墨光將酌情調整或延期開設本門課程
展開 Ansys Zemax | 如何通過 K-相關分布模擬表面散射
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本文旨在介紹如何在OpticStudio中模擬K-相關分布散射模型，并用實例分析將該模型與Harvey-Shack (ABg) 散射分布模型進行了比較。
簡介
表面微粗糙度引起的散射通常具有 K-相關模型 (K-correlation model) 的特征。該模型除了在小散射角區域有所不同外，與 Harvey-Shack (ABg) 模型十分相似。
在 OpticStudio 中，如果用戶想要使用K-相關散射模型對表面散射分布進行建模，則需要輸入大量的參數，并且這些參數都必須由用戶測量。
本文將概述 K-相關散射模型背后的理論知識，并展示在OpticStudio中建模的實例。
K- 相關散射模型
K- 相關模型的雙向散射分布函數 (BSDF) 由 Dittman2 提供：
其中s是有效的 RMS 表面粗糙度，s 是在高空間頻率中 BSDF 的 log-log 斜率，β 則被定義為散射角 (?s) 的正弦減去鏡面反射角/透射角的正弦，上面的公式中的 β對應 OpticStudio 中的向量x：
我們發現 K-相關散射分布模型與 Harvey-Shack (ABg) 散射模型非常相似。它們之間的主要區別在于 K-相關模型在小散射角度時會有偏移：
圖1：K-相關與 Harvey-Shack 散射模型的比較。如 Dittman 所述，K-相關模型在小角度處會有偏移，這與在拋光表面上觀察到的散射行為一致。
Dittman 指出這種偏移與在許多拋光表面上觀察到的散射行為是一致的。
K-相關模型的 BSDF 不能進行解析積分，但在 OpticStudio 中可以運用蒙特卡羅功能來實現這種散射分布的模擬。
展開 Ansys Zemax | 如何通過 K-相關分布模擬表面散射
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本文旨在介紹如何在OpticStudio中模擬K-相關分布散射模型，并用實例分析將該模型與Harvey-Shack (ABg) 散射分布模型進行了比較。
簡介
表面微粗糙度引起的散射通常具有 K-相關模型 (K-correlation model) 的特征。該模型除了在小散射角區域有所不同外，與 Harvey-Shack (ABg) 模型十分相似。
在 OpticStudio 中，如果用戶想要使用K-相關散射模型對表面散射分布進行建模，則需要輸入大量的參數，并且這些參數都必須由用戶測量。
本文將概述 K-相關散射模型背后的理論知識，并展示在OpticStudio中建模的實例。
K- 相關散射模型
K- 相關模型的雙向散射分布函數 (BSDF) 由 Dittman2 提供：
其中s是有效的 RMS 表面粗糙度，s 是在高空間頻率中 BSDF 的 log-log 斜率，β 則被定義為散射角 (?s) 的正弦減去鏡面反射角/透射角的正弦，上面的公式中的 β對應 OpticStudio 中的向量x：
我們發現 K-相關散射分布模型與 Harvey-Shack (ABg) 散射模型非常相似。它們之間的主要區別在于 K-相關模型在小散射角度時會有偏移：
圖1：K-相關與 Harvey-Shack 散射模型的比較。如 Dittman 所述，K-相關模型在小角度處會有偏移，這與在拋光表面上觀察到的散射行為一致。
Dittman 指出這種偏移與在許多拋光表面上觀察到的散射行為是一致的。
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ZEMAX | 如何通過 K-相關分布模擬表面散射
本文旨在介紹如何在OpticStudio中模擬K-相關分布散射模型，并用實例分析將該模型與Harvey-Shack (ABg) 散射分布模型進行了比較。
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簡介
表面微粗糙度引起的散射通常具有 K-相關模型 (K-correlation model) 的特征。
1 該模型除了在小散射角區域有所不同外，與 Harvey-Shack (ABg) 模型十分相似。
在 OpticStudio 中，如果用戶想要使用K-相關散射模型對表面散射分布進行建模，則需要輸入大量的參數，并且這些參數都必須由用戶測量。
本文將概述 K-相關散射模型背后的理論知識，并展示在OpticStudio中建模的實例。
K- 相關散射模型
K- 相關模型的雙向散射分布函數 (BSDF) 由 Dittman
2 提供：
其中s是有效的 RMS 表面粗糙度，
s 是在高空間頻率中 BSDF 的 log-log 斜率，β 則被定義為散射角 (?s) 的正弦減去鏡面反射角/透射角的正弦，上面的公式中的 β對應 OpticStudio 中的向量x：
我們發現 K-相關散射分布模型與 Harvey-Shack (ABg) 散射模型非常相似。它們之間的主要區別在于 K-相關模型在小散射角度時會有偏移：
圖
1
：
K-
相關
與
Harvey-Shack
散射模型的比較。如
Dittman
所述，
K-
相關模型在小角度處會有偏移，這與在拋光表面上觀察到的散射行為一致。
Dittman 指出這種偏移與在許多拋光表面上觀察到的散射行為是一致的。
展開 Ansys Zemax | 使用 OpticStudio 進行閃光激光雷達系統建模（中）
通過這些修改，一旦允許在 3D視圖（3D Viewer）中分裂光線，我們就可以查看完整的投影點陣列：
為了使壁面物體作為散射表面，在 “散射壁面” 探測器上應用了朗伯散射配置文件。同樣，我們還通過設置 I.0 膜層（確保100%反射）和散射分數（Scatter Fraction）值為1，使壁面成為理想的反射和散射表面。然而，在當前定義中，由于廣角散射，散射光線很少能追跡到成像模塊。因此，重點采樣（Importance Sampling）可用于迫使光線向任何指定物體的頂點散射（參閱文章“如何利用重點采樣進行高效的散射建模” （英文原文），了解關于重點采樣工作原理的更多詳情）。我們將使用的目標是 “物體11”，即成像模塊的物理孔徑，尺寸值為 0.7 mm。
當瞄準目標物體時，由于重點采樣會降低散射光線的功率（以考慮光線從表面法線散射時的實際功率降低），因此需要降低最小相對光線強度（Minimum Relative Ray Intensity），以允許 OpticStudio 追跡這些較低能量的光線。在這種情況下，設置為 1e-8 可以追跡光線，我們可以看到光線現在可以離開照明模塊，由成像模塊捕獲。應該注意的是，在兩個模塊之間引入了一個吸收矩形物體，以防止照明系統的雜散光影響成像透鏡探測器。
現在，我們可以觀察投影到壁面上的點列圖案以及通過成像透鏡觀察到的點列圖案。
展開 基于Lumerical fdtd的異型納米空心球散射光場仿真
基于FDTD腳本驅動的全流程：微型球體聚合空心球殼nanojet建模、散射光場及散射效率曲線繪制實踐
焚天神劍
關鍵詞：FDTD腳本編碼，全流程，異型球體建模，nanojet散射，散射效率曲線
本設計運用FDTD腳本全流程，針對微型球體聚合的空心球殼nanojet展開深入探究。從建模著手，精心調試各項參數，成功搭建出精準且完善的模型，精準復現了空心球殼的結構特征。在散射光場模擬環節，其呈現效果與預期幾近一致，直觀展現出光與納米結構相互作用的細節。散射效率曲線繪制結果表明，不同球殼半徑在各異波長下呈現出穩定的差異規律。此項設計為納米光學研究、微納器件制備等領域提供了有力支撐，極具應用潛力。
結構設計
納米球的外形輪廓如下圖左所示，預計產生的光場散射效果如右圖所示。
圖1 預期球殼外形以及散射效果
粗糙表面納米二氧化硅空心球，300-2500nm的波長，球殼的直徑200-1000nm，外部小球40nm。對球體進行編程建模，形成FDTD的參數列表以及模糊化處理的編碼。編碼的優勢為波長范圍、頻率采樣率、球殼半徑、微球半徑以及材料靈活設置，一鍵式操作。
圖2 model參數設置以及編碼
形成如下結構樹以及規律排列的球形微球陣列。
圖3 結構樹以及建模效果
掃描設計
結構掃描個性化編碼，設置好掃描數量和范圍，仿真后形成下列仿真好的文件（需要經過一些仿真時間）。
圖4 掃描腳本以及生成的仿真結果
散射光場、效率曲線
首先，基于第二節的仿真結果，選取特定球殼半徑以及波長序號，生成光場圖，見下圖效果。
展開 使用有限元-邊界元方法進行電磁仿真
更方便地進行 EMI/EMC 測試
波動光學模塊
內置的波束包絡法克服了對與波長相當尺寸的幾何進行非散射電磁建模的障礙，非常適合于波導介質建模。不過，我們也可以使用 FEM-BEM 耦合來模擬散射電磁問題，從而避免處理網格剖分要求或幾何尺寸限制的問題。建立 EMI/EMC 測試臺模型就是這樣一個應用示例。例如，為了執行 RE102 軍事標準（高達 18GHz 的頻率）的發射測試，被測設備（DUT）和天線之間的距離是 1m。對于頻率為 18GHz 的信號，1m 的距離是波長的 60 倍，通過有限元建模這樣一個巨大的空間在計算上是非常耗時的。我們可以將被測設備和天線分離成兩個有限元域（當然，波長大小相當），并與 BEM 耦合，而不是在單個有限元中建模，如圖7所示。天線上檢測到的功率可以作為被測設備輻射電磁信號強度的一個衡量標準。
圖7.用于發射分析的 EMI/EMC 測試臺設置圖。
結語
由于網格要求和計算資源限制，電磁模擬受到限制，FEM-BEM 耦合為更廣泛的電磁仿真提供了可行的方法。在研究被測設備的 EMI/EMC 分析中的發射和抗擾度測試應用中，對 Friis 傳輸方程進行驗證使結果更加可靠。
本文內容來自 COMSOL 博客
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設計軟件——建模原理10
它們的相互相干會導致干擾效應，建模當然需要知道模式的相關相位。
光纖中的非線性光學效應（如受激拉曼和布里淵散射）被忽略（超短脈沖模擬除外）。
這對大多數使用連續波輸入的光纖激光器和放大器都是有效的。對于脈沖器件，可能存在非線性效應，從而改變其性能。軟件不能在動態計算中考慮這些因素，但它允許檢查是否進入這種非線性狀態——例如，通過計算光功率的拉曼增益。
在每個斯塔克能級流形中，激光活性離子的粒子數分布始終處于熱平衡狀態。
這一假設通常在穩態情況下得到很好的滿足，但在某些動態情況下（極短和強脈沖的放大），這可能是錯誤的。
對于模式求解器，假設光纖具有弱導性，即折射率對比度不過高。此外，折射率分布需要是徑向對稱的和真實的。
這些假設基本上適用于所有摻雜玻璃光纖，光子晶體光纖除外。對于增益或吸收很強的光纖，折射率實際上變得很復雜，軟件無法處理。然而，在幾乎所有的實際情況下，光纖的增益或損耗都太弱，以至于無法與這相關。
在超短脈沖仿真中，只考慮單一光纖模式。涉及高階模式或反向傳播波的非線性耦合效應（如布里淵散射和拉曼散射）無法建模。
展開 ASAP光學設計軟件
ASAP建模：
ASAP 為用戶提供了多種建模方式選擇。可以讀入在其他 3D 建模軟件里制作的模型（如 CATIA，SolidWorks，Rhino 等）可以實現無縫轉換。
操作方式多樣化：
ASAP 使用參數化的物理模型來控制光與光學表面發生作用時的表現。用戶可方便地觀察光線進行反射，透射，折射，散射，衍射，雙折射和偏振等現象。使用方便，操作簡單，便于修改。使用 Script 進行編程，是 ASAP 區別于其他軟件的一個重要特點。這種靈活自由的方式，為客戶在模擬仿真工作中提供了極大的自由度，尤其是對于高端用戶如研究所，不會受限于模塊化的界面，確保可以將復雜的光學系統，光學現象進行模擬。
ASAP各種庫：
光源庫：用戶可免費使用 ASAP 帶有的精準燈源庫，包括 LED，CCFL 等。用戶可以方便地調用燈源庫內的燈具，也可使用自己擁有的光型文件，在 ASAP里面做成光源。
散射模型庫：ASAP 區別于其他軟件的另一大優勢在于強大的散射光學分析能力。系統中光學表面的散射特性會影響照明結果。尤其是對于高端的設計，必須充分考慮光學表面的散射特性。在過去的三十多年中，ASAP 在這方面積累了豐富的經驗。在 ASAP 內建有散射模型庫。用戶可以方便地調用。如果用戶使用的散射模型（如 Diffuser）不在 ASAP 資源庫里，也可用測得的數據在 ASAP 里很容易地建立起該 Diffuser 模型。可以通過預定的散射模型建立各種各樣的實際的散射數據，并可以進行組合。支持從 BSDF 散射測量儀的數據導入。
ASAP優化功能
ASAP 提供目前行業內最先進的優化功能。區別于同類軟件的 Script 編程功能確保用戶可通過編寫 Merit Function 來進行最有效的系統優化。
展開 基于Lumerical FDTD的等離子體光子晶體分析
目標結構：PPC方形柱體結構
建模步驟：
1. 點擊Material控件，導入等離子體材料
2. 設置Plasma材料屬性；
3. 點擊Structure控件，創建結構散射體；
4. 設置光源，點擊Source控件選擇Plane wave光源。
5. 注意TM波和TE區別在于polarization angle一個為90，另一個為0；
6. 創建FDTD計算區域；
7. 對于二維光子晶體，在建模時散射體可以為三維，而計算區域設定為二維，三維或二維的設定取決于FDTD的維度屬性設置。
8. 插入監控板，點擊Monitor下拉選擇下圖所示監控板類型，設置監控板屬性；
9. 創建剖分網格；
10. 點擊Check控件下拉選擇材料擬合；
11. 針對Plasma材料進行對應頻域的折射率實部和虛部的擬合；
后處理：
12. 最終透射率結果展現在監控板中，點擊查看T結果，可以在對話框中導出相應數據；
13. 選擇Expert to…輸出透射譜線，建議txt文件格式輸出數據。
最后，如果有FDTD仿真相關需求，歡迎通過微信公眾號聯系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
展開 
如何在 OpticStudio 中建模人體皮膚以及光學心率探測器
知識庫文章 使用 Henyey-Greenstein 分布對體散射進行建模（https://support.zemax.com/hc/zh-cn/articles/1500005577062） 對模型進行了進一步的解釋以及對 DLL 進行了全面分析。此外，有關 OpticStudio 中表面和體散射模型的詳細討論可以在此知識庫文章中找到：OpticStudio 中有哪些可用散射模型？（https://support.zemax.com/hc/zh-cn/articles/1500005575662）
在文章附件的多層皮膚模型中，每一層的散射參數都是根據文獻中給出的實際值設置的。雖然 Henyey-Greenstein 散射 DLL 的輸入參數是平均路徑、傳輸分數和各向異性參數 g，但在文獻中通常散射和吸收系數分別定義為 μs 與 μa，與各向異性因子一起展示。
展開 水下聲輻射機理與仿真分析
4.3 聲散射噪聲計算
艦船的聲散射噪聲仿真重點在于聲源獲取和散射體建模。流體水動力獲得聲源的方法在前面導管槳算例中已經有介紹，在這里要特別提的是，如何將其等效成簡單的聲源，當然如果不考慮計算能耗仍然可以采用艦船流體繞流噪聲仿真的方法。散射體模型除了結構外表面輪廓外，還有就是需要設定聲邊界，即穩態聲場的邊界條件三類邊界條件：Dirichlet邊界條件(給定聲壓)，Neumann邊界條件(給定，為法向單位矢量)或Robin邊界條件(給定聲學阻抗，其中，和為給定的參數)，例如剛性邊界為Neumann邊界條件=0。
4.4 流激勵結構振動輻射聲仿真
從多物理場仿真的角度來說，艦船的流激勵結構振動輻射聲仿真只是將振動輻射聲中的激勵力換成由流場CFD獲得的脈動力，而且該脈動力具有遷移性特征。本文中的脈動力通過時域激勵力互功率譜來表征該激勵力特性。結構振動仿真在前面章節中已經講過了，就是利用結構有限元軟件進行干模態計算，并導入聲學軟件Simcenter中，采用邊界元將結構干模態與聲場進行耦合計算獲得結構的濕模態。聲輻射計算在輻射表面振動信息已知的情況下，就是通過聲學邊界元或有限元來進行求解。
4.5 其他全頻段噪聲仿真
經過對推進器噪聲的產生機理進行梳理之后，結合工程實際我們不難發現，唱音和空化噪聲的聲仿真幾乎是無法精確實現的。而其它的噪聲機理都可以用前面章節中介紹的方法來進行仿真。
唱音的仿真難點在于很難定義入流邊界，而且與結構的制造工藝有關（同一型號的槳，工況一致，其中就有一兩條槳發生唱音）。然而，通過對流場仿真和槳葉結構仿真以及唱音的機理分析可以有效地預防唱音的發生。
展開 Ansys Zemax | 使用OpticStudio進行閃光激光雷達系統建模（下）
首先，我們來看一下之前研究的非序列模式閃光激光雷達模型，我們對它進行了簡單的修改，只使用光學元件和單個散射壁面（請注意，在本文中壁面已從矩形探測器更改為矩形 2D 表面）。接下來，我們通過文件選項卡…Prepare for OpticsBuilder（File tab…Prepare for OpticsBuilder）打開 Prepare for OpticsBuilder：
在 Prepare for OpticsBuilder 中，光學工程師可指定一些合適的設置，以檢查 ZBD 文件轉換是否保留了與原生 OpticStudio 文件相同的性能。對于閃光激光雷達系統的轉換，由于我們對光線分束和散射進行了建模，因此我們想要確保在 分析方式（Analyze With）設置中勾選 散射（Scattering）和 光線分束（Ray splitting）框。同樣地，在 OpticsBuilder 中是否將文件設為只讀也取決于工程師的選擇，對于本例，我們將不勾選只讀框：
當完成 用戶輸入（User Inputs）選項卡的編輯后，我們選擇 準備（Prepare）以開始轉換過程，并讓工具檢查 ZBD 文件是否能夠在允許的增量和公差（在本例中，我們將其保留為默認值）范圍內執行。在保存 .ZBD文件（Save .ZBD File）選項卡中單擊 保存（Save），以生成 OpticsBuilder 就緒文件。
使用OpticsBuilder
一旦創建了 .ZBD 文件，光機工程師就可以將其導入到 OpticsBuilder 中。
展開 《Science》：新記錄！千分之一納米精度，超高分辨率電鏡圖像
一個主要的障礙是，由于束流電子與原子靜電勢之間的強庫侖相互作用，在比單層厚的樣品中不可避免地會發生多次電子散射。多次散射改變了樣品中的光束形狀，導致探測器平面上復雜的強度分布。當成像的樣品厚度超過幾十個原子時，會出現非線性甚至非單調的對比度依賴，這阻礙了利用相襯成像直接測定樣品結構。定量結構圖像解譯，通常依賴于密集的圖像模擬和建模。直接檢索樣品電位，需要解決非線性，多重散射的反問題。人們已經通過不同的方法進行了改進，其中大多數是基于布洛赫波理論，通過對晶體樣品的不同布拉格光束相移。不幸的是，由于需要確定大量未知的結構因素，這些方法在具有大單胞或非周期結構的一般樣本中，變得極為困難。
疊層成像，是另一種相位檢索方法，最早可追溯到Hoppe在20世紀60年代的工作。現代的、堅固的裝置，使用多重強度測量——通常是通過掃描擴展樣本的一個小探針，來收集一系列衍射圖案。先驗知識，不需要對樣本結構進行周期性或對稱性約束。該方法，已廣泛應用于可見光成像和X射線成像領域。直到最近，在電子顯微鏡中，電子疊層成像，一直受到樣品厚度和探測器性能的限制。
二維(2D)材料和直接電子探測器的發展，引起了更廣泛的新興趣。對于薄樣品，如2D材料，電子疊層成像技術，已經實現了2.5倍透鏡衍射極限的成像分辨率，達到了39 pm的阿貝分辨率。然而，這種超分辨率方法只能可靠地應用于小于幾納米的樣品，而在較厚的樣品中，分辨率與傳統方法沒有本質上的區別。對于許多塊狀材料來說，這種薄的樣品實際上是難以實現的，這限制了目前在類2D系統中的應用，如扭曲的雙層材料。
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