本案例將解釋如何在VirtualLab中進(jìn)行三維光柵建模
本案例所使用的工具箱為光柵工具箱
基于堆棧結構進(jìn)行光柵模擬的光柵工具箱具有兩種類(lèi)型的光柵，分別為二維（2D）光柵和三維（3D）光柵
基于堆棧的光柵元件包含一個(gè)基板(base block)，堆棧(stack)則位于基板的邊界上，基板為均勻介質(zhì)，下圖為三種類(lèi)型的堆棧-基板結構
建模步驟如下：
1. 進(jìn)入VirtualLab軟件主窗口，通過(guò)解決方案(Solutions)-光柵工具箱(Grating Toolbox)-三維光柵工具箱(3D Grating Toolbox)-一般光柵(General Grating Light Path Diagram)，以創(chuàng )建光路流程圖(light path diagram，簡(jiǎn)稱(chēng)LPD)
2. 雙擊LPD中的一般三維光柵(General Grating 3D)，進(jìn)入光柵編輯窗口
3. (1)在結構/功能(Structure/Function)子窗口中將第一個(gè)光學(xué)界面選擇作為堆棧(Use Stack on First Interface)，之后點(diǎn)擊“加載(Load)”進(jìn)入VirtualLab預設堆棧目錄； (2)選擇體光柵(Volume Grating)；(3)點(diǎn)擊“編輯(Edit)”進(jìn)入堆棧編輯窗口，如下圖所示
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4. 在VirtualLab中，堆棧的定義是通過(guò)設定兩個(gè)或兩個(gè)以上平行光學(xué)界面之間填充介質(zhì)實(shí)現的�，F在我們演示如何在由兩個(gè)光學(xué)界面定義的堆棧中更換填充介質(zhì)。 (1)在光柵堆棧編輯窗口，點(diǎn)擊“加載(Load)”，進(jìn)入介質(zhì)目錄； (2)在柱型介質(zhì)(Pillar Media)中選擇鉻柱(Chromium Pillars)作為光學(xué)界面間的介質(zhì)
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5. 點(diǎn)擊“編輯(Edit)”進(jìn)入介質(zhì)界面，確認介質(zhì)無(wú)誤后點(diǎn)擊“預覽 ”， 在預覽窗口改變預覽范圍，以便于清晰展示折射率分布
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6. 將堆棧的兩光學(xué)界面間距離改為1um，同時(shí)改變堆棧周期(Stack Period)，如下圖所示
7. 要使用傅里葉模態(tài)法(Fourier Modal Method，簡(jiǎn)稱(chēng)FMM)進(jìn)行光柵模擬，需要將用于描述光柵的介質(zhì)折射率分布，即 ，離散化。在VirtualLab中，離散化是通過(guò)設置分立的折射率轉變點(diǎn)(transition points)實(shí)現的。下面調整介質(zhì)折射率離散化相關(guān)的數值設置，進(jìn)入傳播(Propagation)子窗口中，選擇高級設置(Advanced Settings)，在轉變點(diǎn)離散化(Transition Point Decomposition)下使用默認的精確因子(Accuracy Factor)為1，進(jìn)行離散化預覽(Decomposition Preview)，然后將精確因子調整到3，然后再次進(jìn)行離散化預覽
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PS：通過(guò)提高精確因子，增加了取樣點(diǎn)數，可以看出光柵結構的分辨率更高，因此可以更精確的模擬光柵結構，但同時(shí)也需要耗費更多的計算時(shí)間
8. 配置傅里葉模態(tài)法（FMM），在傳播方法(Propagation Methods)標簽下，點(diǎn)擊”編輯”(Edit)進(jìn)入FMM配置窗口，選擇衍射級數目(Number of Diffraction Orders)。衍射級數目表示使用FMM方法時(shí)所考慮計算的衍射級次總數。
9. 如何選擇衍射級數目？新建參數遍歷(New Parameter Run)，將衍射級數目設置為變量，逐步增加衍射級數目，使用光柵衍射效率分析器(Grating Efficiency Analyzer)確定要獲得真實(shí)可信的結果（衍射效率達到收斂時(shí)）所需要用到的衍射級數目。操作如下圖：
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PS：由反射率和迭代步數之間的曲線(xiàn)圖可以看出，當衍射級次數為21時(shí)，計算的結果趨于穩定，即結果收斂
10. 調整衍射級數目，進(jìn)入光柵編輯窗口中的傳播(Propagation)子界面，將X和Y方向上的的衍射級數目都改為21
11. 進(jìn)行近場(chǎng)計算，通過(guò)點(diǎn)擊Go! ，計算光柵的透射場(chǎng)和反射場(chǎng)
左邊為以鉻介質(zhì)構建的三維光柵透射場(chǎng)，右邊為反射場(chǎng)
12. 光柵效率計算，雙擊  ，進(jìn)入光柵衍射效率分析器（Grating Efficiency Analyzer (3D)），設置如下
13. 將模擬類(lèi)型改成光柵衍射效率分析器，點(diǎn)擊Go，開(kāi)始進(jìn)行光柵效率計算 
光柵衍射效率分析器計算結果：左邊為透射效率，右邊為反射效率
三維光柵總的反射效率，透射效率以及吸收率
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