米氏散射分析
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
米氏散射分析的實例教程
<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。
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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 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。
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）
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VirtualLab Fusion技術
文件信息
展開 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。
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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
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計算平面波激發的納米粒子的散射和吸收截面、局部場增強和遠場散射分布（Mie 散射）。將截面和遠場結果與解析解進行比較，以驗證仿真的準確性。
概述
納米粒子的散射特性通常用場增強、橫截面和遠場分布來描述。本例展示了如何從單個 FDTD 仿真中獲得這些結果。
運行和結果
1.打開仿真文件，然后單擊“運行”按鈕。
2.可以通過右鍵單擊監視器或分析組并選擇感興趣的參量來手動瀏覽結果
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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
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
計算平面波激發的納米粒子的散射和吸收截面、局部場增強和遠場散射分布（Mie 散射）。將截面和遠場結果與解析解進行比較，以驗證仿真的準確性。（聯系我們獲取文章附件）
概述
納米粒子的散射特性通常用場增強、橫截面和遠場分布來描述。本例展示了如何從單個 FDTD 仿真中獲得這些結果。
運行和結果
1.打開仿真文件，然后單擊“運行”按鈕。
<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
