在光学设计中，散射现象是一个重要的研究领域，尤其是在分析大气中的光线传播时。根据麦克斯韦方程式，光线入射到球型粒子上会产生散射，而米氏散射理论为这一现象提供了解析解。米氏散射理论适用于各种粒子半径与入射波长的比值，能够有效模拟白云中的散射现象以及光线入射特定物质（如牛奶和生物组织）时的变化。在Zemax OpticStudio的非序列模式中，我们可以利用体散射的追迹方式建立这样的模型。本文将详细阐述如何在OpticStudio中使用米氏散射模型进行环境散射现象的模拟，并通过实例进行说明。

　　一、参数模拟

　　在非序列模式中，我们需要为对象设置米氏散射分布的参数。首先，打开对象的属性字段（Object Properties），在Volume Physics项目中勾选“DLL Defined Scattering”，并在DLL字段选择“MIE.DLL”。以下是需要输入的五项主要参数：

　　二、输入参数的详细说明

　　1. **折射系数**

　　散射粒子的折射系数需要根据实际情况设定。如果粒子与周围环境的折射系数相同，散射现象将不会发生。若折射系数小于0.0，DLL将被忽略。

　　2. **尺寸（微米）**

　　该参数指的是球型粒子的半径。若数值≤ 0.0，则不会有散射现象。最大值为1934，超过该值的粒子不适合使用DLL进行模拟。

　　3. **密度和平均自由路径**

　　散射粒子的密度影响平均自由路径的计算。若密度大于0.0，程序将计算平均自由路径，若等于0.0，则使用“平均路径”栏位的值。

　　4. **最小阈值**

　　最小阈值用于优化散射计算的效率。通过调整此值，可以减少无效积分的计算，确保在粒子尺寸较大时仍能获得足够的数据点。

　　5. **透射率**

　　透射率用于降低光线强度，允许用户考虑散射体积内的能量吸收。输入的透射率值将直接影响光线的强度。

　　三、额外考量

　　在使用DLL进行米氏散射模拟时，虽然“角度”参数并不使用，但若其值≤ 0.0或> 180.0，散射现象将不会发生。米氏散射的分布主要由两个无因次参数描述：散射粒子与背景介质的折射率比（m = nparticle / nbackground）以及归一化的球体尺寸（x = 2πrnbackground/λ）。

　　四、范例：大气中的散射现象

　　接下来，我们将通过一个简单的范例验证米氏散射程序。示例可于文章顶端的链接下载。在这个模拟中，我们将使用椭圆光源（Source Ellipse）模拟太阳，光源的光谱分布由其黑体温度决定，设定为5780 K。

　　在模拟中，粒子的折射率设为1.33，代表水的折射系数。我们设定每个水滴的大小为7 nm，归一化的球体大小介于0.063和0.11之间，符合瑞利极限的条件。

　　1. **瑞利散射的结果**

　　追迹1,000万条光线后，观察到大气显现出蓝色，这是因为瑞利散射与入射波长（1/λ^4）有强关联性。

　　2. **米氏散射的结果**

　　在第二个结构中，粒子的尺寸明显增加。在这种情况下，散射的平均自由路径与第一个结构相似，因此需要降低粒子的密度以保持几毫米的平均自由路径。

　　经过1,000万条光线的追迹，结果显示，米氏散射条件下的散射分布与入射波长的关联性极低，与文献的结论一致。这解释了为何太阳周围的光线看起来是白色的，以及天空中的云为何同样是白色的。

　　五、总结

　　通过以上内容，我们详细介绍了如何在Zemax OpticStudio中使用米氏散射模型模拟环境中的散射现象。我们探讨了参数设置、DLL定义、模拟实例及其结果分析。米氏散射理论为理解光线传播中的散射现象提供了重要的工具，帮助光学设计师在实际应用中进行有效的模拟和分析。如果您希望深入了解米氏散射或在OpticStudio中进行更复杂的模拟，建议参考相关文献或OpticStudio的帮助文档，以获取更多信息和支持。