单色仪的核心是分光系统即反射光栅,反射式衍射光栅是在衬底上周期地刻划很多微细的刻槽,一系列平行刻槽的间隔与波长相当,光栅表面涂上一层高反射率金属膜.光栅沟槽表面反射的辐射相互作用产生衍射和干涉.对某波长,在大多数方向消失,只在一定的有限方向出现,这些方向确定了衍射级次.如图1所示,光栅刻槽垂直辐射入射平面,辐射与光栅法线入射角为α,衍射角为β,衍射级次为m,d为刻槽间距,在下述条件下得到干涉的极大值：Mλ=d（sinα+sinβ）
定义φ为入射光线与衍射光线夹角的一半,即φ=(α-β)/2；θ为相对于零级光谱位置的光栅角,即θ=(α+β)/2,得到更方便的光栅方程：
mλ=2dcosφsinθ
从该光栅方程可看出：
对一给定方向β,可以有几个波长与级次m相对应λ满足光栅方程.比如600nm的一级辐射和300nm的二级辐射、200nm的三级辐射有相同的衍射角,这就是为什么要加消二级光谱滤光片轮的意义.
衍射级次m可正可负.
对相同级次的多波长在不同的β分布开.
含多波长的辐射方向固定,旋转光栅,改变α,则在α+β不变的方向得到不同的波长.