Дифракцио́нная решётка, совокупность большого числа регулярно расположенных в определённой последовательности элементов (штрихов, щелей, канавок, выступов), на которых происходит дифракция света. Дифракционная решётка способна разлагать падающий на неё свет в спектр, поэтому она используется в спектральных приборах в качестве диспергирующего элемента. Обычно штрихи наносят на стеклянную или металлическую, плоскую или вогнутую поверхности. У большинства решёток штрихи с постоянным для данной решётки профилем повторяются через одинаковый промежуток $d$, называемый периодом дифракционной решётки.

Рис. 1. Виды дифракционных решёток.Рис. 1. Виды дифракционных решёток.Различают пропускательные и отражательные дифракционные решётки, которые в зависимости от того, что изменяется – амплитуда или фаза световой волны, делятся на амплитудные и фазовые. Простейшая пропускательная амплитудная дифракционная решётка представляет собой ряд щелей в непрозрачном экране (рис. 1, а), отражательная амплитудная дифракционная решётка – систему штрихов, нанесённых на плоское или вогнутое зеркало (рис. 1, б). Фазовая дифракционная решётка может иметь вид профилированной стеклянной пластины (пропускательная дифракционная решётка, рис. 1, в) или профилированного зеркала (отражательная дифракционная решётка, рис. 1, г). В современных приборах применяются главным образом отражательные фазовые дифракционные решётки.

Рис. 2. Схема образования спектров с помощью пропускательной дифракционной решётки, состоящей из щелей.Рис. 2. Схема образования спектров с помощью пропускательной дифракционной решётки, состоящей из щелей.При падении монохроматического коллимированного пучка света с длиной волны $\lambda$ под углом $\alpha$ на дифракционную решётку с периодом $d$ (рис. 2), состоящую из щелей шириной $b$, разделённых непрозрачными промежутками, происходит интерференция вторичных волн, исходящих из разных щелей. В результате после фокусировки на экране образуются максимумы интенсивности, положение которых определяется уравнением $d ( \sin \alpha + \sin \beta ) = m \lambda$, где $\beta$ – угол между нормалью к дифракционной решётке и направлением распространения дифракционного пучка (угол дифракции); $m = 0, ±1, ±2, ±3, …$ – число длин волн, на которое волна от некоторого элемента дифракционной решётки отстаёт от волны, исходящей от соседнего элемента решётки (или опережает её). Монохроматические пучки, относящиеся к разным значениям $m$, называются порядком спектра, а создаваемые ими изображения входной щели – спектральными линиями $M_1$. Все порядки, соответствующие положительным и отрицательным $m$, симметричны относительно нулевого порядка. Чем больше щелей имеет дифракционная решётка, тем у́же и резче спектральные линии. Если на дифракционную решётку падает белый свет, то для каждой длины волны получится свой набор спектральных линий $M_2$, т. е. излучение будет разложено в спектры по числу возможных значений $m$. Относительная интенсивность линий определяется функцией распределения энергии от отдельных щелей.

Основными характеристиками дифракционной решётки являются угловая дисперсия и разрешающая способность. Угловая дисперсия $d \beta /d \lambda = m/d \cos \beta$ характеризует степень углового разделения лучей с разной длиной волны. Разрешающая способность $R$ дифракционной решётки, характеризующая минимальный интервал длин волн $\delta \lambda$, который может разделить данная дифракционная решётка, определяется выражением $R = \lambda / \delta \lambda = mN = Nd( \sin \alpha + \sin \beta )/ \lambda$ ($N$ – число штрихов решётки). При заданных углах разрешающую способность можно увеличить только за счёт увеличения ширины всей дифракционной решётки $Nd$. Область дисперсии дифракционной решётки, т. е. величина спектрального интервала $Δλ$, в котором спектр данного порядка не перекрывается спектрами соседних порядков, удовлетворяет соотношению $Δλ = λ/m$.

Дифракционные решётки, используемые для работы в разных областях спектра, различаются размерами, формой, профилем штрихов, их числом на единицу длины (от 6000 штрихов/мм в рентгеновской области до 0,25 штрихов/мм в инфракрасной). По способу изготовления дифракционные решётки делятся на нарезные (оригинальные), реплики (копии с оригинальных дифракционных решёток) и голографические. Оригинальные нарезные дифракционные решётки изготовляются с помощью специальной делительной машины с алмазным резцом, профиль которого определяет форму штриха. Изготовление реплик состоит в получении отпечатков дифракционных решёток на пластмассах с последующим нанесением на них отражающего металлического слоя. При изготовлении голографических дифракционных решёток на светочувствительном материале записывается интерференция двух когерентных лазерных пучков.

На практике часто применяют рельефно-фазовые решётки (их называют также эшелеттами), которые используют для достижения максимальной концентрации энергии дифрагированного излучения в определённом порядке спектра. Таким образом можно повысить мощность излучения при дифракции, минимизировав потери излучения других порядков (в частности, нулевых). Благодаря особенностям конструкции, рельефно-фазовые решётки работают с определённой длиной волны, которую также называют длиной волны блеска.

Для рентгеновской области спектра в спектральных приборах нашли применение апериодические отражательные дифракционные решётки с шагом, который монотонно меняется на апертуре по заданному закону. На основе вогнутых апериодических решёток скользящего падения могут быть разработаны спектрографы с плоским фокальным полем, совместимые с современными ПЗС-детекторами.

Дифракционные решётки используются не только в спектрографах. Они применяются в качестве селективно отражающих зеркал лазеров с перестраиваемой частотой излучения, а также в устройствах, обеспечивающих компрессию световых импульсов.

Для управления параметрами лазерного излучения используются фазовые решётки, представляющие собой регулярные области сжатий и разрежений в жидкостях или прозрачных твёрдых телах, сформированные путём возбуждения в них ультразвуковой волны.