Diffraction Grating

回折格子は、間隔 d で配列された N 本の平行スリットからなる周期構造体であり、通常は1ミリメートルあたり数千本のスリットを持つ。波長 lambda の単色光が法線入射でこの格子を照射すると、各スリットから生じる素元波が干渉する。建設的干渉が生じるのは、格子方程式 d sin(theta) = m * lambda を満たす角度 theta においてのみであり、m は整数の次数を表す。0次回折（m = 0）は直進光であり分光情報を含まない。1次、2次以上の高次回折は次数が増すにつれてより大きな角度に曲がり、波長の長い光ほど大きく偏向する。各次数の角度分解能は 1/N に比例するため、照射されるスリット数が10,000本の格子は100本の格子と比べて100倍鋭い回折ピークを与える。高分解能分光器に幅の広い格子が用いられるのはこのためである。

回折格子はほぼすべての精密分光の場面でプリズムに取って代わった。その理由は、波長に対して線形な分散を示すこと（プリズムは非線形）、回転によって波長を選択できること、そして100,000を超える分解能が達成可能なことにある。1200本/mm の格子を1次回折で用いると、約0.01 nm の分光特徴まで分解できる。これは恒星分光（Joseph Fraunhofer は1814年に格子を用いて太陽光中の暗線を系統的にマッピングした）、プラズマ診断、ラマン分光、そして光通信波長多重装置の分散素子として活用されている基本原理である。コンパクトディスクやDVDの表面は偶発的な反射型回折格子として機能しており、ディスクに光を当てたときに見える虹色は、データトラックが生み出す m = 1 次のスペクトルそのものである。レーザービームの干渉によって形成されるホログラフィック格子は、深紫外域の用途に向けて線密度を6000本/mm まで高めることができる。