衍射光柵是光柵光譜儀的核心色散器件。它是在一塊平整的玻璃或金屬材料表面（可以是平面或凹面）刻畫出一系列平行、等距的刻線，然后在整個(gè)表面鍍上高反射的金屬膜或介質(zhì)膜，就構(gòu)成一塊反射試驗(yàn)射光柵。相鄰刻線的間距d稱為光柵常數(shù)，通常刻線密度為每毫米數(shù)百至數(shù)十萬條，刻線方向與光譜儀狹縫平行。入射光經(jīng)光柵衍射后，相鄰刻線產(chǎn)生的光程差。光柵方程將某波長的衍射角和入射角通過光柵常數(shù)d起來， 為入射光波長，m為衍射級次，取 等整數(shù)。式中的“ ”號選取規(guī)則為：入射角和衍射角在光柵法線的同側(cè)時(shí)取正號，在法線兩側(cè)時(shí)取負(fù)號。如果入射光為正入射 ，光柵方程變?yōu)?。衍射角度隨波長的變化關(guān)系，稱為光柵的角色散特性，當(dāng)入射角給定時(shí)，可以由光柵方程導(dǎo)出，復(fù)色入射光進(jìn)入狹縫S1后，經(jīng)M2變成復(fù)色平行光照射到光柵G上，經(jīng)光柵色散后，形成不同波長的平行光束并以不同的衍射角度出射，M2將照射到它上面的某一波長的光聚焦在出射狹縫S2上，再由S2后面的電光探測器記錄該波長的光強(qiáng)度。光柵G安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)上，當(dāng)光柵旋轉(zhuǎn)時(shí)，就將不同波長的光信號依次聚焦到出射狹縫上，光電探測器記錄不同光柵旋轉(zhuǎn)角度（不同的角度代表不同的波長）時(shí)的輸出光信號強(qiáng)度，即記錄了光譜。這種光譜儀通過輸出狹縫選擇特定的波長進(jìn)行記錄，稱為光柵單色儀。

    在使用光柵光譜儀時(shí)，對波長進(jìn)行掃描是通過旋轉(zhuǎn)光柵來實(shí)現(xiàn)的。通過光柵光譜儀方程可以給出出射波長和光柵角度之間的關(guān)系。其中，為光柵的旋轉(zhuǎn)角度， 為入射角和衍射角之和的一半，對給定的單色儀來說 為一常數(shù)。