本文演示了如何在非序列模式下使用提供的用户自定义DLL来模拟Henyey-Greenstein体散射效应。文章将简要介绍该模型背后的理论基础，并通过两个系统分析案例展示DLL的应用方法，相关示例文件可通过关注联系获取。
引言
Henyey-Greenstein模型描述了微小粒子对光线的角度散射分布特性。该模型已广泛应用于多种场景，从生物组织的光散射研究到星际尘埃云的散射分析。
OpticStudio安装包中附带的用户自定义DLL允许用户将这种体散射模型应用于任何非序列模式下的光学体积。本文将使用"Henyey-Greenstein-bulk.dll"文件来展示Henyey-Greenstein模型的光线角度分布与能量分布特性。
亨尼-格林斯坦体散射模型
Henyey-Greenstein模型描述了微小粒子对光的角向散射分布。该模型中，散射光的角向分布由以下公式给出：
在OpticStudio中实现Henyey-Greenstein模型的示例可查看文章附件，文件名为"HG-power.zmx"。该设计包含一个光源光线以垂直入射方式射向矩形体积，该体积应用了Henyey-Greenstein散射分布。通过指定用户定义的DLL文件将该分布应用于该体积。
导航至对象2属性...体积物理。在此处，您可以选择要应用于矩形体积的体散射模型类型。在此文件中，"模型"为DLL定义散射，选定的DLL文件为"Henyey-Greenstein-bulk.DLL"。该DLL及相应源代码位于文件夹"{Zemax}\DLL\BulkScatter"中。
动态链接库的输入参数包括"透射率"(用于描述散射过程中输入功率的衰减程度)以及上述方程中的参数"g"。为测量不同角度的散射光线，示例文件中在距体素均匀距离处放置了三个小型探测器，其角度分别为入射光线方向的0度、30度和60度:
动态链接库的输入参数包括"透射率"(用于描述散射过程中输入功率的衰减程度)以及上述方程中的参数"g"。为测量不同角度的散射光线，示例文件中在距体素均匀距离处放置了三个小型探测器，其角度分别为入射光线方向的0度、30度和60度:
请注意上图为未启用散射功能的NSC 3D布局界面，因此仅显示镜面反射路径。在分析启用散射后的结果前，请先展开源光线的物体属性。在"光源"标签页中，您会注意到系统被设置为对每条入射光线仅执行一次散射任务（Explicit限制级设置）。
在NSC 3D布局中，勾选Layout设置中的"显示NSC散射光线"即可观察散射现象：
大部分光线未击中探测器，这些光线仅绘制短距离以显示其方向。要调整未命中光线的绘制长度，可前往System Explorer...Non-Sequential下的"未命中光线绘制距离"参数设置。
该参数表示未命中任何物体的光线段的绘制距离。如果设为零，OpticStudio会在绘制未命中光线时自动选择默认值。
我们可以使用过滤器字符串来分析仅散射在矩形体积内并击中探测器矩形的光线。过滤器字符串定义了一种“测试”，光线必须通过该测试才能被绘制或显示。过滤器字符串语法由命令或标志之间的逻辑运算组成，这些标志指示光线是否击中、错过、反射、折射、散射、衍射或从物体上鬼反射。完整的过滤器字符串命令列表可在OpticStudio帮助文件中找到：“设置选项卡>编辑器组（设置选项卡）>非序列组件编辑器>非序列概述>过滤器字符串”。
以下是我们要使用的标志：
l Bn：显示在物体#n内部发生体散射的光线。
l Hn：显示击中物体#n的光线。
我们可以通过以下运算符组合这些筛选字符串：
l &: 逻辑与。符号&两侧的标志都必须为TRUE，AND运算才会返回TRUE。
l |: 逻辑"或"运算。若任一标志为TRUE，OR运算即返回TRUE。
因此，若要显示在矩形体积（物体#2）内发生体散射且击中任一探测器（物体#3、#4、#5）的光线，可使用筛选字符串"B2 & (H3 | H4 | H5)"。该筛选字符串可应用于NSC 3D布局或着色模型中的布局光线。
筛选字符串可在将结果保存至Ray Database时，应用于Ray Trace Control中的Analysis Rays。
随后测量了当发射5,000,000条分析光线、总功率为1瓦（传输系数为1）时，每个探测器接收到的功率分布情况。表中展示了"g"=0.001和"g"=0.5两种参数下的结果：
平均自由路径设为0.0001毫米，这相对于体积0.1毫米的厚度而言非常小。正如预期的那样，在每条光线仅允许散射一次的情况下（由于统计波动，每次光线追迹结果会有所差异，因此会得到不同但非常接近的数值），实测的OpticStudio数据与理论模型结果在统计误差范围内完全吻合。
注意：若输入的"g"值为0，实际计算中会采用10^-4作为"g"值。这是因为当"g"=0时会出现计算奇点。对于极小的"g"值所获得的结果与预期"g"=0时的结果几乎完全一致，表明该近似具有足够的精确性。
Henyey-Greenstein模型的角分布
可通过随附的示例文件 "HG-angular.zmx" 查看与该模型相关的角度分布。
在此文件中，再次使用源光线以垂直入射方式向施加了Henyey-Greenstein分布的体发射5,000,000条光线（总功率为1 W，透射率为1）。光源设置使得每条入射光线仅从该体散射一次。"平均自由程"设置得相对于体的厚度较小。
随后在距离散射体前表面4 mm处放置的大型探测器上测量辐射强度（瓦特/球面度）分布。当"g" = 0.001时，分布如预期一样是均匀的：
当"g"=0.5时，分布呈现更明显的尖峰形态：
这些结果可与概率分布的理论模型进行对比，两者显示出极佳的一致性：
参考文献
AK Dunn，《细胞的光散射特性》，博士论文，1997年，ece.neu.edu（原载于http://www.nmr.mgh.harvard.edu/~adunn/papers/dissertation/节点54.html）
Henyey-GreensteIn散射函数 http://omlc.ogi.edu/classroom/ece532/class3/hg.html
