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  • 模拟偏振敏感的散射过程

    作者:Zemax China 来源:投稿 时间:2018-12-28 17:50 阅读:14539 [投稿]
    这篇文章介绍了如何在OpticStudio中使用一个自定义的DLL模拟偏振敏感的体散射和荧光现象。本文还总结了基于MSP.DLL体散射模型的7个应用示例。

    概述

    这篇文章介绍了如何在OpticStudio中使用一个自定义的DLL模拟偏振敏感的体散射和荧光现象。该散射模型由MSP.DLL文件定义,它考虑了非序列模式下入射光的偏振属性,模拟了散射对光线的传播方向和偏振态的影响,并且该模型还可以用来模拟考虑米氏散射 (Mie Scattering) 的荧光现象。在模拟生物成像时,考虑荧光以及偏振敏感的散射现象是十分重要的。最后,本文还总结了基于MSP.DLL体散射模型的7个应用示例。

    本文使用的附件请从以下链接下载:https://customers.zemax.com/ZMXLLC/media/Knowledge-Base/Attachments/MSP_v3.zip 

    介绍

    在很多应用情况中,模拟光线在浑浊介质中的散射作用是十分重要的,例如遥感、水下成像以及在大气湍流印象下成像等。其中,在模拟生物成像时尤为重要,这是因为在生物成像系统中,光线经常需要传播穿过浑浊的介质或具有散射性质的样本。使用OpticStudio的非序列模式可以方便快捷的对这些现象进行建模,在OS中提供了很多严谨有效的体散射模型以及示例成像系统。本文简单介绍了使用MPS.DLL散射模型模拟米氏散射中的偏振效应,更多使用信息请参考文献[1]。

    模拟散射

    当光线入射到一个浑浊的介质时主要发生两种效应:吸收和散射[2]。我们可以使用蒙特卡洛方法使用光线对光束进行采样,这些光线在穿过浑浊样本时会发生吸收和散射现象。其中,样本的光学参数决定了光线在穿过时发生吸收或散射的概率。

    在OpticStudio中模拟吸收现象的其一种方法是根据Beer-Lambert定理对光线的光强进行衰减,其中z是光线在介质中传播的距离,μa是吸收系数。下图演示了光的吸收效应,其中上图为宏观下的输入光束,下图为蒙特卡洛模拟光线追迹:


    光束由N根光线表示(本例中光线在截面上随机分布),并且每根光线的强度Iray等于光束的总光强I除以光线根数N。每根光线在穿过介质时都会产生吸收,衰减率由exp(-zμa)决定。

    当散射发生时,光线的强度保持不变,但是光的传播方向因散射而改变。这会造成光线从入射光束中偏离进而使入射光发生损耗。在本例中,散射造成衰减率由exp(-zμs)决定,其中散射系数μs为平均自由程的倒数,用以表征散射发生的概率,如下图所示:


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