ВВЕДЕНИЕ
Дифракционная решётка представляет собой совокупность периодически расположенных элементов, на которых происходит дифракция волн. Простейшая оптическая решётка – совокупность одинаковых параллельных узких щелей, разделённых непрозрачными для света промежутками (пропускающие решётки, где наблюдение ведётся в проходящем свете). Её, например, можно получить, процарапав на стекле алмазным резцом ряд параллельных штрихов и оставив между ними неповреждённые места. В отражательных решётках штрихи наносятся на поверхность металлического зеркала. Решётки могут быть плоскими или вогнутыми (фокусирующими). Они применяются во всех областях спектра – видимой, инфракрасной, ультрафиолетовой.
Пусть на пропускающую решётку нормально к её поверхности падает параллельный пучок монохроматического света с длиной волны l. Свет дифрагирует на каждой из щелей решётки. Дифрагирующие пучки, собранные линзой, интерферируют и дают на экране картину распределения освещённости (рис. 1). Результат интерференции зависит от разности хода волн MK = d·sin φ, идущих под углом дифракции φ от соответствующих точек соседних щелей. Здесь d – шаг (период, постоянная) решётки. Усиление волн произойдёт в направлениях, удовлетворяющих условию
d·sin φ = mλ, (1)
где m = 0, 1, 2, … - порядок главного (интерференционного) максимума. Условие главных максимумов (1) называют также уравнением дифракционной решётки. Положение и число главных максимумов не зависит от числа N щелей решётки. С увеличением N лишь увеличивается их интенсивность.
Между главными максимумами располагаются так называемые интерференционные минимумы, положение которых определяется условием:
, (2)
где N – число щелей решётки, p = 1, 2, …, N-1. Между двумя соседними главными максимумами располагается N-1 интерференционных минимумов. Гашение света в промежутках между главными максимумами будет тем более полным, чем больше щелей в решётке. Оптические дифракционные решётки обычно имеют N » 103 – 104 штрихов, поэтому интенсивность максимумов велика при практически полном гашении света в остальных участках спектра.
Для монохроматического света главный максимум – тонкая цветная линия, соответствующая длине волны l этого света. Для света, содержащего разные длины волн, максимумы образуются под разными углами, как это видно из (1). Это означает, что падающее на решётку излучение оказывается разложенным в спектр. Для белого света – это сплошной спектр (непрерывная цветная полоса), а для излучения с дискретным набором длин волн – совокупность отдельных цветных линий. Решётка даёт ряд спектров: для m=0 – максимум нулевого порядка, расположенный на продолжении первичного пучка (j = 0), справа и слева от него – два спектра 1-го порядка (m = ±1), далее – два спектра 2-го порядка (m = ±2) и т. д. Максимальный порядок спектра можно определить из формулы (1): 
. На практике обычно пользуются спектрами 1-го и 2-го порядков как наиболее интенсивными.
Разложение излучения по длинам волн (дисперсия) характерно для спектров всех порядков, кроме центрального (m = 0), где максимумы для всех l совпадают и дают одну “белую” линию. На рис. 2 схематически показано расположение спектров 1-го и 2-го порядков, симметричных относительно яркого центрального максимума (m = 0).
Дифракционные решётки успешно используются для определения длин волн, входящих в состав сложного излучения. Зная шаг решётки d и измерив угол дифракции j, можно рассчитать соответствующую длину волны l из формулы (1) решётки. Определение l с помощью дифракционных решёток даёт наиболее точные результаты.
ОСНОВНЫЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЁТКИ
1. Угловая дисперсия 
определяет угловой разброс 
лучей с длинами волн l и (l+dl):
. (3)
Для спектра данного порядка остаётся практически постоянной, т. к. cos j изменяется мало (удобство дифракционного спектра). Угловая ширина спектра пропорциональна его порядку m.
2. Линейная дисперсия 
характеризует растянутость спектра по длине в плоскости изображения:
¦ 
, (4)
где ¦ - фокусное расстояние объектива оптической трубы и Г – увеличение её окуляра.
3. Разрешающая способность R характеризует возможность решётки давать раздельные изображения близких линий с длинами волн l и (l+dl):
. (5)
Величина R пропорциональна полному числу штрихов решётки N и порядку дифракционного спектра m.
Чем больше полное число штрихов N в решётке и чем чаще они нанесены, тем качественнее получается дифракционный спектр. В лучших современных решётках (для видимой области) наносят до 1200 штрихов на 1 мм. Дифракционная решётка как диспергирующий элемент имеет ряд преимуществ в сравнении с призмой: 1) возможность её использования в тех областях спектра, где нет прозрачных материалов для изготовления призм; 2) более высокая разрешающая способность; 3) спектр данного порядка равномерно растянут по длине (
). Однако яркость дифракционных спектров гораздо меньше, чем призменных.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Работа проводится с помощью гониометра – прибора, который позволяет с достаточной точностью измерять углы дифракции лучей, отклонённых дифракционной решёткой. На рис. 3 дана схема хода лучей в установке (вид сверху). Свет от источника S – ртутной лампы – освещает щель Щ коллиматора К. Из объектива 
коллима 
тора выходит параллельный пучок света и падает на дифракционную решётку ДР, помещённую на предметном столике гониометра таким образом, чтобы щели решётки были параллельны входной щели колли 
матора. Дифракционный спектр наблюдается с помощью зрительной трубы ТР, которая может вращаться в горизонтальной плоскости. Изображение спектра получается в фокальной плоскости объектива 
зрительной трубы и наблюдается через окуляр ОК. Оно представляет собой совокупность спектральных линий, каждая из которых – действительное изображение щели Щ в соответствующем цвете излучения. Отсчёты углов ведутся по лимбу гониометра с помощью специального оптического устройства – скреплённого с трубой отсчётного микроскопа.