當光線遇到障礙物時，例如帶有小開口（或孔）的不透明螢幕，螢幕後面的強度分布看起來與光線通過的光圈的形狀完全不同。 由於光是一種電磁波，波前會發生變化，就像水波遇到障礙物一樣。 波前的不同部分之間發生干涉，導致光的衍射，從而產生稱為衍射圖的強度分布。 同樣，當光線通過具有多個具有固定間距的窄孔徑（或狹縫）的不透明螢幕時，產生的波前同時相互作用，從而產生在某些方向上具有最大強度的衍射圖案，如圖 1 所示。 這些方向很大程度上取決於狹縫間距和入射光的波長。 因此，由狹縫位置確定的表面可用於將特定波長的光引導到特定方向。
圖1.單色光的波長通過一系列用 dg 間隔的小孔衍射。 傾斜線表示恆定相位區域，箭頭表示衍射圖中強度峰值的方向。
衍射光柵本質上是一種多縫表面，可引起光的角度色散，即根據光從光柵發射的角度分離波長的能力。 光柵可以是透射式的，如多縫孔徑，也可以是反射式的，其中凹槽表面塗有反光材料，如鋁。 典型的光柵由大量平行的凹槽（表示狹縫）組成，凹槽間距（表示為dg）與光的波長有關。 光柵的密度 （g） 是 dg 的倒數，例如，典型光柵的 g 值為每公釐 30-5000 行。 陷波間距決定了單個波長受到相長干涉以形成衍射階次的角度，該衍射階數相當於強度峰值。 除了缺口間距外，缺口輪廓（見圖2）在編碼器效能中也起著關鍵作用。 當單色光照射到光柵上時，一部分被衍射到每個階次（稱為衍射效率）。 通常希望在單個階段（通常是第一階段）上最大限度地提高效率，以確保增加光收集。 為了優化單個波長的效率，執行閃光操作，其中包括修改缺口輪廓，包括刻面角度、形狀和深度。 耀斑波長是光柵衍射效率最高的波長。
圖2.衍射光柵凹槽圖案的頂檢視（左上）和不同凹槽輪廓的側檢視（左下）。 衍射光柵的SEM影象（右）。
基本光柵方程確定波長為波長的單色光衍射的離散方向。 柵格方程如下：
圖3顯示了衍射過程。 波長的光以一定角度入射，並沿角度 m 被光柵（缺口間距 d g）衍射。 角度是從柵格法線測量的，該法線在圖中顯示為垂直於光柵表面中心的虛線。 如果 m 和 位於柵格法線的任一側，則它們具有相反的符號。 在公式中，m 是衍射階數，m 是整數。 對於 0 階衍射 （m = 0），並且 0 的大小相等但方向相反，光束僅被反射，而不是衍射。 如果衍射光線位於零階的左側（逆時針側），則 m：m 的符號約定為正，如果衍射光線位於零階的右側（順時針側），則為 m：m 的符號約定為負。 當一束單色光入射到光柵上時，光從光柵衍射到m = -2、-1、0、1、2、3等相應的方向。 當一束多色光入射到光柵上時，光被分散，使波長滿足光柵方程，如圖3所示。 通常只需要一階衍射（+1 或 -1 階），因此可能需要阻擋更高的波長。 在許多單色儀和光譜儀中，恆定偏置基極用於通過繞軸旋轉光柵來改變波長，同時入射光和衍射光之間的角度（或偏轉角）保持不變。
圖3通過光柵衍射的多色光。
固定了光柵方程中的入射角，微分了 ，並確定衍射 （d） 或每單位波長的衍射角的差值。
對於給定的衍射階數 m，d 表示區分不同波長訊號的能力，並隨著線 （g） 密度的增加而增加。 當光柵組合到有效焦距（f）的光譜儀中時，系統的線性色散是d和f的乘積。 事實上，通常考慮色散的倒數（有時稱為板係數 p）
是給定橫向距離（以公釐為單位）波長（以奈米為單位）變化的量度，可用於確定光譜儀的帶通和解像度。 帶通是指當被具有連續光譜的光照射時通過光譜儀的光譜寬度。 在單色中，帶通是 p 和狹縫寬度的乘積。 減小狹縫寬度，直到達到極限帶通，即可獲得儀器的解像度。 在光譜分析中，解像度是衡量儀器解析兩條相當接近的光譜線的能力的指標。 圖 4 顯示了減小狹縫寬度對分辨光源中清晰光譜線的能力的影響。 單色器的解像度還受到光學系統像差和光柵照度的影響，在實踐中應盡可能消除這些影響因素，以保證解像度主要由p和狹縫寬度決定。 光譜儀的帶通和解像度主要取決於探測器引數（見下文）。
圖4通過 p=132 nm mm 單色器的非相干光源光譜。 將狹縫寬度從 760 m（左）減小到 120 m（右），使光譜解像度從 101 nm 至 16 nm。
光柵有兩種製作方式，雕刻和全息。 高精度線雕機使用金剛石切割機將塗在表面的蒸發金屬膜拋光和開槽，形成主光柵。 主光柵的再現使得產生劃線光柵成為可能，色散光譜儀中使用的衍射光大多是內切光柵。 劃線光柵可以發光特定波長，通常非常高效，並且通常用於需要高解像度的系統。 階梯式光柵是一種具有高耀斑角的粗糙光柵（低密度），並使用高衍射階數。 步進編碼器的優勢在於它們能夠在緊湊的系統設計中提供高色散和高解像度。 衍射階次的重疊是階梯式光柵的乙個重要限制，階梯式光柵需要稜鏡或其他光柵才能實現某種型別的階次分離。 使用蝕刻在玻璃上的正弦干涉圖案，使全息光柵的散射小於刻度，旨在最大限度地減少像差，並且對於單個偏振平面非常有效。 光柵可以是反射的或透射的，光柵的表面可以是平坦的或凹的。 平面光柵通常在很寬的波長範圍內具有高效率，而凹面光柵既可以用作光譜儀中的色散元件，也可以用作聚焦元件。