本发明提供一种三次衍射式光栅光谱仪,涉及光谱分光技术领域。具体地,包括接收传输部、一级分光鉴频部、二级分光鉴频部和采集部;所述一级分光鉴频部包括第一准直透镜、第一光栅和反射镜;所述二级分光鉴频部包括第二准直透镜和第二光栅;所述第一准直透镜位于所述第一光栅与所述接收传输部之间;所述第二准直透镜位于所述第二光栅与所述接收传输部之间;所述反射镜设置于所述第一准直透镜一侧,用于反射所述第一光栅衍射出的光线;所述采集部位于所述第一准直透镜、所述第二准直透镜之间,且位于二级分光系统的焦平面上,用于接收所述第二准直透镜聚焦的光线。相对于现有技术可以对大气回波信号进行高精度的光谱分离。