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光栅的衍射行为可以分为准静态区衍射(光栅常数 d<λ/2)、共振区衍射(λ/210λ)，三种衍射的不同主要产生于光波与光栅相互作用的不同，相应地光栅衍射特性的研究理论也分为标量衍射理论和矢量衍射理论两大类。
本文首先用标量衍射理论分析了位相光栅的衍射行为，即对光栅后表面的复振幅分布采用基尔霍夫的假设，设其与偏振态无关，计算结果表明衍射场的光强分布与光栅的光学厚度和光栅的填充比密切相关，特殊情况下，当光栅的光学厚度和填充比满足一定条件时，夫琅和费衍射场的能量将主要集中在±1级。
对于准静态区衍射和共振区衍射，光栅后表面的复振幅分布与偏振态有关，基尔霍夫假设不再适用，我们提出用时域有限差分(FDTD)法和傅里叶变换相结合的方法，分析其衍射场的偏振特性，把光栅的衍射分为两个过程，即：光栅周围入射光波与光栅的相互作用、光波通过光栅后在空间自由传播。用FDTD算法计算光栅周围的场分布，得到光栅后表面的复振幅分布，再对光栅后表面的复振幅分布做傅立叶变换得到远场的夫琅和费衍射。
论文通过用FDTD方法计算光波与光栅相互作用的时间演化过程，分析了光波的准静态区衍射、共振区衍射、标量衍射存在的本质区别。准静态区衍射具有与光波在均匀介质中传播类似的特点，此外它对TE波、TM波的有效折射率不同，光栅可以被看作双折射介质；共振区衍射的特性与光栅参数密切相关，TE波与TM波的衍射行为明显不同；标量衍射在光栅后表面的复振幅分布与基尔霍夫的假设基本相同，TE波、TM波的衍射场趋于一致。
进一步研究了光栅参数对共振区衍射行为的影响，结果表明，TE波的相对位相延迟始终大于TM波，随着光栅常数的变化，各级衍射的光强起伏变化，光栅常数越大，起伏幅度越小，TE波、TM波的相对位相延迟逐渐趋于一致；TE波、TM波的衍射场强度之间的大小关系与光栅的厚度有关，当光栅的光学厚度满足一定条件时，TM波衍射0级强度比TE波大，衍射1级强度却比TE波的小，而当光栅的光学厚度满足其它条件时，结果正好相反；光栅的填充比对光栅衍射的偏振特性也有一定的影响，即使光栅常数处在标量衍射区(d>10λ)，但当介质宽度或开孔宽度与波长相近时，衍射场仍表现出明显的偏振依赖特性。
此外，还对位相光栅的共振区衍射行为做了大量的实验研究，采用全息干涉法制作了光栅常数分别为 0.61μm、0.8μm、1.4μm、1.6μm、2μm、7.6μm的位相光栅；对给定光栅常数的光栅，分别测量了TE、TM偏振态的0级、1级衍射强度随入射角的变化。结果表明，TE、TM 波的衍射场强度明显不同，随着光栅常数的增大，它们趋于一致；此外，对于同一条件下制作出的光栅(即光学厚度相同)，TE波、TM 波的衍射场强度之间的大小关系相同，这些实验结果与我们数值计算所得结果相吻合。