采用单波长反射式椭偏仪以及多次旋转样品的方法,实现了光轴平行于表面的各向异性晶体光学参数的测量。分析了单波长椭偏法测量各向异性晶体光学参数的原理,改进了模拟退火单纯形联合反演算法,利用数值模拟讨论了光入射角、样品光轴取向、旋转角度及其定位误差对测量结果的影响。实验结果表明,该方法测量晶体的主折射率、吸收系数及光轴方位角的精度分别为0.0001~0.0003、0.000001~0.000400、0.02°~0.40°,具有较好的自洽性和准确性。

极薄银在滤光片、高反射镜等中有广泛的应用, 其光学常数严重影响着膜系的特性。在室温条件下, 采用电阻热蒸发技术分别在硅和玻璃基底上沉积5.3 nm~26 nm不同厚度的极薄银薄膜, 用TalySurfCCI非接触式轮廓仪测量了薄膜的厚度, 研究了不同厚度银薄膜的光学常数n和k。镀制厚度5.3 nm、7.9 nm、14.1 nm、26.0 nm的银薄膜, 结果显示极薄银的光学常数与块状银光学常数不同, 当膜厚小于14.1 nm时, 折射率n在380 nm～600 nm随波长增加而增加, 在600 nm～1 600 nm随波长增加缓慢减小至趋于稳定值2.6; 消光系数k在380 nm～500 nm随着波长增加而增加, 在500 nm～1 600 nm随波长增加而缓慢减小至趋于0不变; 当膜厚大于14.1 nm时, 折射率随波长增加而增加, 消光系数随波长近似呈线性增加。整体上, 膜厚增加时折射率减小且趋于块状银的折射率, k随厚度增加而增加并最终趋于块状膜。用此拟合的光学常数代入TFc膜系设计软件计算其透射率, 发现与分光光度计测得的透射率吻合较好。

单晶硅球法是阿伏伽德罗常数量值精密测量以及质量重新定义的一种重要方案。单晶硅球表面的氧化层厚度关系到硅球质量和直径测量结果的修正，并在阿伏伽德罗常数的相对测量不确定度中占到很大比例。讨论了表面层测量中影响椭偏测量的几个基本问题，即单晶硅球不同晶向的光学常数以及表面曲率对椭偏光束的散射效应，评估了对氧化层厚度测量不确定度的影响；对于所采用的间接法的不确定度分量进行了分析。该研究为硅球表面层测量提供了实验和理论依据。

在探索空间分束法消除椭偏测试中背反杂光干扰的过程中，发现该方案能够使光束在待测样品前表面聚焦，后表面发散，发散的背反光将无法进入到探测器中，从而消除背反光的影响。选用石英玻璃和氧化铌单层膜为实验样品，分为3组，分别采用直接测量、背部打磨和空间分束三种测量模式。实验结果表明，样品未经处理情况下，不同角度直接测量得到石英玻璃折射率值差别较大，经过背部打磨后不同角度下得到石英玻璃折射率趋向一致，而采用空间光学分束处理后，石英玻璃折射率在不同角度下测试获得相同的数据。最后采用空间分束法对氧化铌单层膜进行椭偏测量，获得了较好的拟合数据。

火棉胶醋酸戊脂溶液常被用于医学治疗,在分析材料内部结构时,利用火棉胶醋酸戊脂溶液成膜后表现出的致密性和透光性,将其作为待分析材料的底膜,采用电子衍射的方法获得材料结构。火棉胶薄膜的厚度及材料膜厚对电子衍射结果影响很大,采用光纤光谱仪测量材料膜厚时需要知道火棉胶薄膜的折射率和厚度。为获得不同体积火棉胶醋酸戊脂溶液捞制的火棉胶薄膜的厚度和折射率,利用椭偏原理,采用光谱反射型椭偏仪进行测量,拟合所建模型为Srough/Cauchy/BK7。实验结果表明:该模型能够很好地表征薄膜结构,并得到体积不同的火棉胶醋酸戊脂溶液所捞制的薄膜厚度不同,体积也越大,火棉胶膜厚也越大,Cauchy系数A、B、C系数基本相同。

从麦克斯韦方程出发, 可以得到超薄金属膜层光学常数n、k与其厚度有关系的理论依据。采用电阻热蒸发和电子束热蒸发的方法在K9玻璃基底上分别沉积了不同厚度的Cu膜、Cr膜、Ag膜, 由椭偏法检测、Drude模型拟合, 获得了不同厚度Cu膜、Cr膜、Ag膜光学常数n、k随波长λ的变化规律。超薄金属薄膜与块状金属的光学常数相差较大, 随着薄膜厚度的增加, n、k值趋近于块状金属。通过对样品膜层吸收、色散特性的分析, 发现连续金属薄膜在可见光波段对长波的吸收较大, 而且相比于介质薄膜平均色散率高10mn~102nm量级。

采用自主研制的双弯曲磁过滤阴极真空电弧(FCVA)技术，在不同衬底负偏压下制备了四面体非晶碳(ta-C)薄膜。通过分光光度计和椭偏(SE)联用技术精确测量了薄膜厚度，重点采用椭偏法对不同偏压下制备的ta-C薄膜sp3C键和sp2C键结构进行了拟合表征，并与X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱的实验结果相对比，分析了非晶碳结构的椭偏拟合新方法可靠性。结果表明，在-100 V偏压时薄膜厚度最小，为33.9 nm；随着偏压的增加，薄膜中的sp2C含量增加，sp3C含量减小，光学带隙下降。对比结果发现，椭偏法作为一种无损、简易、快速的表征方法，可用于ta-C薄膜中sp2C键和sp3C键含量的准确测定，且在采用玻璃碳代表纯sp2C的光学常数及拟合波长选取250～1700 nm时的椭偏拟合条件下，拟合数值最佳。

在光谱椭偏测量中，玻璃基底的背反射会给测量结果造成较大影响。针对平板显示器件玻璃基底表面氮化硅镀膜进行了椭偏测量和模型计算。采用相干背反射模型“空气基底空气”计算并拟合得到与厂商数据符合较好的玻璃基底折射率。对氮化硅薄膜采用Tauc Lorentz色散模型进行了分析拟合，讨论了薄膜与基底界面层、表面粗糙度对光学常数及模型拟合的影响，表明在薄膜与基底间晶格失配的情况下，界面层的引入对改善拟合度是必要的。给出了薄膜体系的光学常数、薄膜结构的分析结果。

基于对椭偏测量数据中难以消除的系统误差的作用机理分析，提出了一种新型的薄膜光学参数表征误差处理技术。建议选取薄膜椭偏角关于折射率和几何厚度的一阶偏导数，对大部分测量入射角满足符号相反或只有其中一个为零的条件的波段，剔除偏导数对全部测量入射角满足符号相同或同时为零的条件的奇点波长附近波段，作为反演表征用的椭偏测量数据采集区域，以最小化椭偏测量系统误差引起的薄膜光学参数反演表征值相对真实值的偏差大小。其本质是通过一阶偏导数筛选测量数据，来最小化椭偏测量系统误差对薄膜光学参数表征的误差传递作用。通过数值模拟实验，对比研究了该技术对不同测量入射角范围的适用性及实施技巧，以可复现的数值实验数据和合理的理论解释支持和验证了这种误差处理技术的可靠性，为薄膜在线表征和镀膜监控提供了一定的参考价值。

采用椭偏法测量入射光波长为0．632μm，入射角为50°～85°时合金钢的光学常数。考虑材料表面的粗糙度，用Ohlidal－Lukes理论对所测光学常数值进行了修正，发现椭偏参量的修正量随入射角增大而增大。结果表明，测量入射角在50°～70°范围内测量值与修正后计算结果基本一致，在70°～85°范围内测量值与修正后的计算结果差距较大。因此，用椭偏法测量合金钢光学常数时使入射角小于70°，测量结果会更加准确。