超薄薄膜已经被广泛应用于各种微纳器件，它的厚度和光学常数将直接决定器件的性能，精确表征超薄薄膜的厚度和光学常数对于研究其力学、光学、电学、磁学等性质尤为重要。为了提升超薄薄膜的表征精度，本文研究了结合表面等离子体共振(SPR)效应的椭偏技术，椭偏法可以提取偏振光的振幅和相位差信息，而SPR对于表面特性非常敏感。表面等离子体共振椭偏技术结合了椭偏法和SPR法两种技术优点，获得由SPR诱导的振幅和相位变化信息，由此反演出超薄薄膜的厚度、折射率、消光系数。这种技术可实现对厚度小于10nm的超薄薄膜的精确表征。　　本文具体开展了下列工作:　　结合SPR和成像椭偏技术，在宽光束(～13mm)成像椭偏光路中嵌入Otto-Bliokh结构，构建了一种表面等离子体共振成像椭偏技术。光在Otto-Bliokh结构中不同空气隙厚度处被SPR吸收的强度不同，成像时形成椭圆形的SPR吸收环。研究了图像处理模块，分析不同起偏角和检偏角状态的SPR吸收环，建立椭偏参数Ψ、△随空气隙厚度的变化关系。研究了数据分析模块，Otto-Bliokh结构中椭偏参数的理论值通过多层膜的特性矩阵理论获得，椭偏参数的理论值与实验测量值之间通过Levenberg-Marquardt算法进行拟合，提取超薄薄膜的厚度和光学常数。实验中，基于该方法测量了多组超薄金膜和银膜，测量结果与XRR的测量结果一致。该技术具有在线、实时、非接触测量的优点，可直观地观察不同偏振态的SPR吸收图像。　　结合Otto-Bliokh结构和微米尺寸细光束光谱椭偏仪，构建了一种表面等离子体共振光谱椭偏技术。模拟结果显示，光谱椭偏技术结合SPR之后，椭偏参数在特定的入射角和入射波长处随着光学常数改变有着更显著的变化，这是由于SPR共振效应增加了椭偏参数对薄膜光学常数的灵敏度。实验表征分析了多组超薄金属膜和金属膜上的超薄介质膜，得到金属薄膜的厚度和从可见光到近红外范围内的光学常数，厚度测量值与TEM和XRR测量结果一致。这种技术可以获得固定空气隙处的光学常数色散曲线，具有测量速度快、易与商用光谱椭偏仪结合的特点。理论分析和实验结果均表明，这种技术对于金属膜和金属膜上的介质膜具有高灵敏度和精度。　　将Otto结构中的空气隙替换为低折射率的介质层，并匹配各层材料找到最佳共振效应，构建了一种改进型的Otto结构，实现对Otto结构中棱镜与金属膜之间间距的纳米级精确控制，由此发展了改进型SPR光谱型椭偏仪。仿真结果表明这种改进型的Otto结构与Otto-Bliokh结构具有类似的共振行为和共振强度。实验结果表明，振幅和相位对于角度的变化均非常敏感。随着入射角度的增大，共振中心向短波漂移，且薄膜厚度越大，共振角越大。实验得到的薄膜折射率与参考数据吻合良好，厚度测量结果与TEM和AFM的测量结果一致。这种改进型的Otto结构相比先前的结构具有结构简单、拟合参数少的优点，可实现薄膜表面光学常数均匀性测量，这种测量方法对于进一步提高超薄薄膜的测量精度具有很大的潜力。