多波段橢偏儀是一種用于檢測薄膜厚度，光學(xué)常數和材料微觀(guān)結構的光學(xué)測量?jì)x器。由于其高測量精度，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的測量?jì)x器。
已知入射光的偏振態(tài)，偏振光在樣品表面被反射，測量得到反射光偏振態(tài)（幅度和相位），計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)于偏振光的詳細描述可以參考其他文獻。在物理學(xué)上，偏振態(tài)的變化可以用復數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反射系數分別用復函數rp和rs來(lái)表示。rp和rs的數學(xué)表達式可以用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)的折射率可以用復函數表示；
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。這兩個(gè)系數用來(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。實(shí)際上，盡管這個(gè)值是隨著(zhù)波長(cháng)、溫度等參數變化而變化的。當待測樣品周?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量作為波長(cháng)和入射角函數的ρ的值（經(jīng)常以ψ和?或相關(guān)的量表示）。一次測量完成以后，所得的數據用來(lái)分析得到光學(xué)常數，膜層厚度，以及其他感興趣的參數值。
可以用一個(gè)模型（model）來(lái)描述測量的樣品，這個(gè)模型包含了每個(gè)材料的多個(gè)平面，包括基底。在測量的光譜范圍內，用厚度和光學(xué)常數(n和k)來(lái)描述每一個(gè)層，對未知的參數先做一個(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)際應用中大多數材料都是粗糙或有氧化的表面，因此上述函數式常常不能應用。
