多波段橢偏儀是一種用于檢測(cè)薄膜厚度，光學(xué)常數(shù)和材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)的光學(xué)測(cè)量?jī)x器。由于其高測(cè)量精度，它適用于超薄膜，不接觸樣品，不會(huì)損壞樣品而不需要真空，使多波段橢偏儀成為一種吸引力較強(qiáng)的測(cè)量?jī)x器。
多波段橢偏儀的基本光學(xué)物理結(jié)構(gòu)： 已知入射光的偏振態(tài)，偏振光在樣品表面被反射，測(cè)量得到反射光偏振態(tài)（幅度和相位），計(jì)算或擬合出材料的屬性。
入射光束的電場(chǎng)可以在兩個(gè)垂直平面上分解為矢量元。P平面包含入射光和出射光，s平面則是與這個(gè)平面垂直。類(lèi)似的，反射光或透射光是典型的橢圓偏振光，因此儀器被稱(chēng)為多波段橢偏儀。關(guān)于偏振光的詳細(xì)描述可以參考其他文獻(xiàn)。在物理學(xué)上，偏振態(tài)的變化可以用復(fù)數(shù)ρ來(lái)表示：其中，ψ和?分別描述反射光p波與s波振幅衰減比和相位差。P平面和s平面上的Fresnel反射系數(shù)分別用復(fù)函數(shù)rp和rs來(lái)表示。rp和rs的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以用Maxwell方程在不同材料邊界上的電磁輻射推到得到。每層介質(zhì)的折射率可以用復(fù)函數(shù)表示；
其中?0是入射角，?1是折射角。入射角為入射光束和待研究表面法線(xiàn)的夾角。通常多波段橢偏儀的入射角范圍是45°到90°。這樣在探測(cè)材料屬性時(shí)可以提供很好的靈敏度。
通常n稱(chēng)為折射率，k稱(chēng)為消光系數(shù)。這兩個(gè)系數(shù)用來(lái)描述入射光如何與材料相互作用。它們被稱(chēng)為光學(xué)常數(shù)。實(shí)際上，盡管這個(gè)值是隨著波長(zhǎng)、溫度等參數(shù)變化而變化的。當(dāng)待測(cè)樣品周?chē)橘|(zhì)是空氣或真空的時(shí)候，N0的值通常取1.000。
通常多波段橢偏儀測(cè)量作為波長(zhǎng)和入射角函數(shù)的ρ的值（經(jīng)常以ψ和?或相關(guān)的量表示）。一次測(cè)量完成以后，所得的數(shù)據(jù)用來(lái)分析得到光學(xué)常數(shù)，膜層厚度，以及其他感興趣的參數(shù)值。
可以用一個(gè)模型（model）來(lái)描述測(cè)量的樣品，這個(gè)模型包含了每個(gè)材料的多個(gè)平面，包括基底。在測(cè)量的光譜范圍內(nèi)，用厚度和光學(xué)常數(shù)(n和k)來(lái)描述每一個(gè)層，對(duì)未知的參數(shù)先做一個(gè)初始假定。很簡(jiǎn)單的模型是一個(gè)均勻的大塊固體，表面沒(méi)有粗糙和氧化。
但實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)材料都是粗糙或有氧化的表面，因此上述函數(shù)式常常不能應(yīng)用。
