目前，由于光学散射测量具有快速、无接触、非破坏、低成本等特点，在纳米制造的在线测量中得到了广泛的应用。光学散射测量由两个关键技术支撑，即正向光学特性建模和反向几何参数提取。在诸多正向光学特性建模方法中，严格耦合波分析理论因其建模精度高、适用对象广，普遍应用于周期性纳米结构的光学特性建模中。本文阐述了基于严格耦合波分析的建模理论与方法，实现了基于严格耦合波分析的光学特性建模计算，评估了该算法性能，并提出了一种估计收敛级次以实现快速建模的方法，最后研究了其在光学散射测量中的应用。分别针对一维周期结构和二维周期结构，简要阐述了严格耦合波分析理论的原理，在此基础上建立了基于严格耦合波分析的光学特性计算模型，并推导实现了相应建模算法。为验证该算法的精确度，与商用建模软件比较，对于一维和二维周期结构的求解精度分别达到了10-7和10-3量级。通过仿真分析，评估了基于严格耦合波分析的正向建模求解算法的稳定性、收敛性、计算精度和计算效率。针对一维矩形光栅收敛级次和结构参数、光学参数进行了大量仿真分析，发现了收敛级次与光栅周期的近似线性关系和随入射波长的变化规律。通过进一步仿真分析发现收敛级次随波长-周期比的变化规律，实现了预估未知结构的收敛级次，并取得了较为满意的结果。建立了基于严格耦合波分析的纳米结构反射光谱、椭偏光谱和穆勒偏振光谱计算模型，并通过改变结构参数和套刻误差定性分析了基于反射光谱测量、椭偏光谱测量和穆勒偏振光谱测量的灵敏度。通过仿真分析，发现穆勒偏振光谱测量方法通过改变方位角，可获取待测结构更为丰富的光谱信息，且对套刻误差方向性敏感，因而可实现更为灵敏的纳米测量。本学位论文开展的研究，将有助于纳米结构基于散射光谱测量法中快速、精确光学特性建模计算。