直讀光譜儀衍射光柵(以下簡(jiǎn)稱(chēng)光柵)是這樣一種裝置，它相當于排列在一個(gè)光學(xué)平面或凹面上許多相距很近又相互平行的等寬狹縫。在透射光柵中，光線(xiàn)通過(guò)這些狹縫；在反射光棚中，光線(xiàn)從一個(gè)鍍鋁的光學(xué)表面上的許多平行刻線(xiàn)上反射過(guò)來(lái)，而每一條刻線(xiàn)都起著(zhù)一個(gè)狹縫作用。一般光柵都是將鍍有鋁膜的石英坯件放在一種精密的刻劃機械上刻制出來(lái)的，這種光譜儀光柵稱(chēng)之為機刻光柵，其復制品則為復制機刻光柵。另外一種以全息照相制造的光棚，即所謂全息光柵。

直讀光譜儀光柵是一種非常有用的色散元件，它可以用于由幾十埃至幾百微米的整個(gè)光譜域。由于目前光柵刻制技術(shù)的不斷提高，并發(fā)明和提高了復制技術(shù)，致使光柵光譜儀得到廣泛應用。

光柵理論在許多物理光學(xué)教科書(shū)中都可以找到。在這里我們將對它的原理做一簡(jiǎn)淺的介紹。

光柵公式見(jiàn)式：

mA =a(sina +sing)

公式中a——人射角，即入射光與光柵法線(xiàn)形成的角度，永遠取正值；

β—一衍射角，即衍射光束與光柵法線(xiàn)形成的角度，如β與a都在光柵法線(xiàn)的同一側，則β為正，如β在法線(xiàn)的另一側，則B為負值；

a——相鄰兩刻線(xiàn)面的距離，一般稱(chēng)光棚常數；

λ——衍射光的波長(cháng)；

m——干涉級或稱(chēng)光譜級，也稱(chēng)譜級。

對平面光柵或凹面反射光棚都是適用的。光柵公式的推導見(jiàn)圖。

直讀圖代表平面反射光束的一段垂直刻線(xiàn)的截面。設一束平行光束人射到光柵表面上來(lái)(人射角為a)在光柵每一條刻線(xiàn)上就產(chǎn)生衍射，衍射光線(xiàn)朝各個(gè)方向射過(guò)去。由于相鄰的刻線(xiàn)距離a與波長(cháng)同一數量級，所以這些衍射可包括很大的角度。

在直讀光柵圖中，相部?jì)煽叹€(xiàn)對應位置的點(diǎn)A、B上的1、2兩條光線(xiàn)，以及衍射后衍射角B離開(kāi)光柵的光線(xiàn)1’、2’，光線(xiàn)1、2在A(yíng)，D點(diǎn)是同相的(AD垂直于入射光束）它到達AB點(diǎn)的光程差為DB=asina，當它們從刻線(xiàn)上以β角方向衍射出去之后，光程差又增加或減少了AC=asing。因而總的光程差為DB±AC=a(sina±sinB)。顯然當光線(xiàn)1、2和1’、2’在光柵表面法線(xiàn)的同一側時(shí)，總的光程差為DB+AC；如不在同一側，則總光程差為DB-AC。根據光的干擾原理，如總光程差等于光線(xiàn)波長(cháng)的m倍(m=0，1，2，3……)，則從各刻線(xiàn)上以相同角度β衍射過(guò)來(lái)的光線(xiàn)都是相同的，即起增加(疊加）作用。此時(shí)，如果以成像物鏡將這些光線(xiàn)聚焦到可在這個(gè)與法線(xiàn)成B角的方向上得到一個(gè)光源的明亮的像，在其他的衍射角上，從各刻線(xiàn)上產(chǎn)生的子波都將相互干涉抵消而使光強為零。對給定波長(cháng)的光以一定的角度人射時(shí)，從所有刻線(xiàn)上反射過(guò)來(lái)的光只有與光柵法線(xiàn)一定的角度時(shí)才是相同的。以上的討論歸結為上述光柵公式mλ=a(sina+sinB)。

從直讀光譜儀光柵公式可以看出以下的事實(shí)：

(1)當光棚常數a及人射角a為給定值時(shí)，對某一級m不同的波長(cháng)λ的光會(huì )被衍射到不同的B角方向，這就是光柵的分光作用。這些被分光了的光束經(jīng)聚焦后就成為按波長(cháng)排列的狹縫像——光譜線(xiàn)。然而，應該看到，一級光譜中波長(cháng)為A的譜線(xiàn)和波長(cháng)為A/2二級譜線(xiàn)，波長(cháng)為λ/3的三級譜線(xiàn)………重疊在一起，這是光柵光譜的一個(gè)特點(diǎn)，必須避免不同譜級譜線(xiàn)的重疊問(wèn)題。

（2）當m=0時(shí)。β=-a，任何A值都可滿(mǎn)足光柵公式。這時(shí)光柵的作用就像一面反射鏡一樣，在B=-a方向成一不被分光的零級像，人射光束中的所有波長(cháng)都疊加在這零級像中，零級像有時(shí)被稱(chēng)為“直射反射像”或“中央像”。

（3)對同一譜級，波長(cháng)愈短的譜線(xiàn)離零級像越近

（4)當-B>a(即B與a不在光柵法線(xiàn)同側，并且|B|>|a|時(shí)，m為負值，因λ及a都不可能為負值)，這表示衍射而產(chǎn)生的光譜與人射光束不在零級像的同側。