基于瑞利散射的体散射模型

概述

本文介绍了如何在体散射中定义瑞利 (Rayleigh) 散射模型。本文使用的示例文件请从以下链接下载：

https://customers.zemax.com/support/knowledgebase/Knowledgebase-Attachments/Bulk-Scattering-with-the-Rayleigh-Model/Rayleigh.aspx

介绍

瑞利散射用来描述光经过尺寸远小于波长的粒子时所产生的散射现象。这一散射模型可以适用于许多种情况，最常见的应用是模拟太阳光经过大气层时产生的散射。

在瑞利模型中，输入光的散射分布是非偏振相关的，并且由下式定义给出：

其中λ为波长，θ为散射光线与反射光线的夹角；θ=0°表示散射光和反射光方向相同，θ=180°表示散射光与反射光方向相反。（需要确保系数0.375可以使总散射积分 (Total Integrated Scatter) 归一化。）

模拟瑞利散射

瑞利散射分布可以通过DLL (RAYLEIGH.DLL) 应用于任意非序列体积物体，该DLL为OpticStudio安装时自带的文件 (Zemax > Objects > DLL > BulkScatter) 。有关瑞利散射模型的能量分布和角度分布的定义及验证方法请参考知识库文章“Using the Henyey-Greenstein Distribution to Model Bulk Scattering”

本文主要介绍散射概率的定义及实例验证。打开本文下载链接提供的示例文件Rayleigh_WaveTest.zmx。在系统中，光源向一个具有瑞利散射属性的矩形体积发射光线。瑞利散射DLL的定义参数如下图所示：

如图所示，参考波长(Ref wavelength)的单位为微米；对话框中的散射平均自由程M (Mean Path) 是基于这个波长进行计算的。因此本例中，散射在波长0.55μm处的平均自由程为1.0mm（该值的单位以透镜单位为准）。平均自由程与波长的关系为：