衍射光柵是光柵的一種。它通過(guò)有規(guī)律的結(jié)構(gòu)，使入射光的振幅或相位（或兩者同時(shí)）受到周期性空間調(diào)制。衍射光柵在光學(xué)上的最重要應(yīng)用是作為分光器件，常被用于單色儀和光譜儀上。

簡(jiǎn)介

實(shí)際應(yīng)用的衍射光柵通常是在表面上有溝槽或刻痕的平板。這樣的光柵可以是透射光柵或反射光柵?？梢哉{(diào)制入射光的相位而不是振幅的衍射光柵也能生產(chǎn)。

衍射光柵的原理是蘇格蘭數(shù)學(xué)家詹姆斯·格雷戈里發(fā)現(xiàn)的，發(fā)現(xiàn)時(shí)間大約在牛頓的棱鏡實(shí)驗(yàn)的一年后。詹姆斯·格雷戈里大概是受到了光線透過(guò)鳥類羽毛的啟發(fā)。的的人造光柵是德國(guó)物理學(xué)家夫瑯禾費(fèi)在1821年制成的，那是一個(gè)極簡(jiǎn)單的金屬絲柵網(wǎng)。但也有人爭(zhēng)辯說(shuō)費(fèi)城發(fā)明家戴維·里滕豪斯于1785年在兩根螺釘之間固定的幾根頭發(fā)才是一個(gè)人造光柵。 

原理

通常所講的衍射光柵是基于夫瑯禾費(fèi)多縫衍射效應(yīng)工作的。描述光柵結(jié)構(gòu)與光的入射角和衍射角之間關(guān)系的公式叫“光柵方程”。

波在傳播時(shí)，波陣面上的每個(gè)點(diǎn)都可以被認(rèn)為是一個(gè)單獨(dú)的次波源；這些次波源再發(fā)出球面次波，則以后某一時(shí)刻的波陣面，就是該時(shí)刻這些球面次波的包絡(luò)面（惠更斯原理）。

一個(gè)理想的衍射光柵可以認(rèn)為由一組等間距的無(wú)限長(zhǎng)無(wú)限窄狹縫組成，狹縫之間的間距為d，稱為光柵常數(shù)。當(dāng)波長(zhǎng)為λ的平面波垂直入射于光柵時(shí)，每條狹縫上的點(diǎn)都扮演了次波源的角色；從這些次波源發(fā)出的光線沿所有方向傳播（即球面波）。由于狹縫為無(wú)限長(zhǎng)，可以只考慮與狹縫垂直的平面上的情況，即把狹縫簡(jiǎn)化為該平面上的一排點(diǎn)。則在該平面上沿某一特定方向的光場(chǎng)是由從每條狹縫出射的光相干疊加而成的。在發(fā)生干涉時(shí)，由于從每條狹縫出射的光的在干涉點(diǎn)的相位都不同，它們之間會(huì)部分或全部抵消。然而，當(dāng)從相鄰兩條狹縫出射的光線到達(dá)干涉點(diǎn)的光程差是光的波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，兩束光線相位相同，就會(huì)發(fā)生干涉加強(qiáng)現(xiàn)象。以公式來(lái)描述，當(dāng)衍射角θm滿足關(guān)系dsinθm/λ=|m|時(shí)發(fā)生干涉加強(qiáng)現(xiàn)象，這里d為狹縫間距，即光柵常數(shù)，m是一個(gè)整數(shù)，取值為0，±1，±2，……。這種干涉加強(qiáng)點(diǎn)稱為衍射極大。因此，衍射光將在衍射角為θm時(shí)取得極大，即：

上式即為光柵方程。當(dāng)平面波以入射角θi入射時(shí)，光柵方程寫為：