位相型回折格子に納得がいかない

位相を周期的にずらすだけでできてしまう，というのが納得いきません。もちろん，実際には解説するんですけどね。。。
周期的にスリット（開口）があるというのであれば，各開口から球面波が進行するということで納得がいくのですが，位相をずらしただけで回折格子がなぜ成り立つのかが感覚的に理解できません。位相型矩形回折格子を例に取ると，位相の頭と底，どちらからも光波が発生するので両者が混ざってしまいそうですし，位相のずれが２πだったら，波面が揃ってしまい，ただのミラーになってしまうのでは？
教科書見ると，回折格子の頭からの光しか考慮に入れていないことに納得いきません。なんで底をの方を考えないんだろう。底と頭の相互作用を考えないんだろう。深さが波長オーダーなら十分考慮に入れるべきだろうに。。。

No.3 ベストアンサー 回答者： tknakamuri 回答日時： 2021/02/16 10:58

スリットを使った説明は、高校生くらいでも理解できる

模式的な説明で、実際の反射、屈折、回折は
ホイヘンス・フレネルの原理に従います。
つまり、無数の素源波の干渉の結果、反射/屈折/回折
がおこります。

例えば鏡も光に位相変化だけを与えるデバイスですが、
無数の素源波の干渉の結果、特定方向への反射が起きます。

回折は、無数の素源波の干渉の結果得られますが
回折格子から十分離れた場所での回折光は
フラウンホーファー回折という積分形式の式に従います。

これはフーリエ積分そのものなので、素源波の位相に
周期的な変化があると、特定の方向に鋭いピークが
現れます。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%A9 …

因みに、AO素子というのをご存じでしょうか？
これは完全にまっ平らな回折格子で、超音波を回折格子の中に
流すことで、音波の粗密により光の位相変化を起こし
回折格子になる光デバイスです。

超音波の発信機をONにすると回折が始まるので
なかなかおもしろいです。

https://www.optoscience.com/maker/brimrose/tech/ …

No.2 回答者： himagene 回答日時： 2021/02/16 10:50

回折格子の桟の頂上だけの場合の干渉はご理解されているようですね。

一方、溝の底からの反射だけの場合についても回折格子として働く事は納得できると思います。では、両方の反射がある場合はどのようになるかというとご想像の通り回折強度（回折効率）が変わります。https://www.researchgate.net/figure/Comparison-o …のFigure 6の図は溝の深さ（横軸）と回折効率（縦軸）の関係を表しています。左右の図の違いは偏光方向です。
回折効率は解析的にも求めることができますが正確に計算したければ厳密結合波理論(RCWA；http://www.yoshioka-lab.com/document/opticalresp …）に基づくシミュレーションを勉強してください。matlabやpythonで動くフリーソフトもいくつか公開されています。

No.1 回答者： d9win 回答日時： 2021/02/16 09:13

確かに、示されている図からは回折する原理を読み取ることは難いですね。

この図の表面平坦部と底面平坦部それぞれから反射される平行光線の行程差が観測する角度で異なるので、干渉波の角度依存性、すなわち回折現象が現れると、説明できると思います。