Zastosowanie siatki jako przyrządu optycznego opiera się na zjawisku dyfrakcji, czyli na odchyleniu światła od prostoliniowej drogi, które nie może być zinterpretowane jako odbicie lub załamanie i występuje, gdy fala świetlna napotyka na przeszkodę.
Działanie podobne do typowej siatki dyfrakcyjnej można zaobserwować, jeśli spojrzymy wieczorem przez gęstą firankę na odległą świecącą latarnię. Dostrzeżemy wtedy charakterystyczne tęczowe smugi, najczęściej cztery - dwie po bokach oraz po jednej nad i pod latarnią. Ten widok można zinterpretować jako przejaw ugięcia czyli dyfrakcji światła na przeszkodzie, jaką jest regularny układ nici w tkaninie firanki.
Innym typem siatek dyfrakcyjnych są przeźroczyste siatki fazowe, w których rolę szczelin oraz przesłon odgrywają naprzemienne cienkie i grube obszary w kształcie wąskich pasków. Odkrycia dokonane w ciągu ostatnich kilkunastu lat dotyczą pewnego typu siatek fazowych, czyli tzw. "siatek podfalowych" o stałej mniejszej od długości fal światła, dla których jest przeznaczona.
Przedmiotem szczególnego zainteresowania są tzw. siatki podfalowe o wysokim kontraście współczynnika załamania (high-contrast grating, HCG). Siatki HCG mają osobliwe właściwości umożliwiające ich zastosowania niedostępne dla innych rodzajów siatek. Najbardziej zaskakującą i jednocześnie pożyteczną własnością siatek HCG jest to, że oferują znakomite możliwości manipulacji światłem. W szczególności mogą działać jak niemal idealne zwierciadła wykazujące współczynnik odbicia ponad 99%. Przy innych odpowiednio dobranych parametrach można uzyskać współczynnik odbicia bliski zeru.
Współcześnie coraz większe zastosowanie znajdują lasery półprzewodnikowe. Przykładem urządzeń codziennego użytku, w których występują, są odtwarzacze CD, DVD i Blu-ray. Odbijające siatki podfalowe znalazły ważne zastosowanie także w tej dziedzinie jako cienkie i wydajne zwierciadła będące niezbędną częścią nowoczesnych laserów półprzewodnikowych zwanych laserami o emisji powierzchniowej, czyli Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (w skrócie VCSEL).
Siatkami podfalowymi można zastąpić używane powszechnie w tym celu tzw. zwierciadła DBR (rozproszone zwierciadła Bragga, Distributed Bragg Reflector), tj. układy złożone z wielu warstw materiałów o naprzemiennie dużym i małym współczynniku załamania. Nad nimi siatki HCG górują szerokością pasma odbijanego promieniowania i większą tolerancją na niedoskonałości powstałe podczas procesu produkcyjnego. Ponieważ są bardzo cienkie, umożliwiają zwiększenie szybkości modulacji laserów telekomunikacyjnych, czyli na przykład szybkości przesyłania danych w Internecie.
Siatki podfalowe o odwrotnym działaniu, przejawiającym się silną redukcją współczynnika odbicia, mogą pełnić rolę warstw przeciwodblaskowych nakładanych na powierzchnie elementów optycznych. Innym ważnym przykładem ich zastosowania są antyrefleksyjne pokrycia ogniw fotowoltaicznych, które zwiększają ich wydajność. Można spodziewać się wciąż nowych zastosowań siatek podfalowych w:
- fotonice,
- optoelektronice,
- technice światłowodowej.
Warto jeszcze wspomnieć o występowaniu w przyrodzie naturalnych siatek dyfrakcyjnych, wykształconych w toku ewolucji u niektórych owadów. Są to struktury, których własności przypominają cechy siatek podfalowych. W budowie łusek pokrywających skrzydła motyla Morpho rhetenor znaleziono skomplikowany układ odbijających podfalowych siatek dyfrakcyjnych, które nadają skrzydłom intensywną błękitną barwę i metaliczny połysk.
W budowie oczu wielu gatunków ciem odkryto mikroskopijne pręciki na rogówce oka o rozmiarach rzędu 200 nm. Taka struktura redukuje współczynnik odbicia rogówki poniżej 1% w całym paśmie widzialnym. Ćmy są nieaktywne w ciągu dnia i są wtedy podatne na zagrożenia ze strony drapieżników. Duże, błyszczące oczy mogą zdradzić ich położenie, a zatem zmniejszenie odbicia światła od ich rogówki jest ewolucyjnym przystosowaniem zwiększającym szanse przeżycia. Podobne przeciwodblaskowe pokrycia występują na obu powierzchniach skrzydełek niektórych cykad i stanowią formę kamuflażu ułatwiającą ukrycie się. Ich działanie tłumaczy się także ich podobieństwem do dwuwymiarowych siatek podfalowych.
