近年来随着薄膜材料与技术的发展,纳米量级的金属薄膜在光电、微机电、航空工程及生物检测等应用领域内均有着极其重要的作用。金属薄膜的厚度和光学常数不仅仅是影响薄膜材料性质的主要参数,还是表征成膜质量及光学性质的重要因素,因此对纳米量级的金属薄膜厚度和光学常数的测量有着极高的研究价值。由于表面等离子体（SPR）效应能够明显感应薄膜材料表面参数的变化,且与椭偏法一样,具有非接触且检测灵敏度高的特点,因此可以应用于薄膜材料特征参数的测量当中;同时与光度法相比,其灵敏度较高,且可以采用增强SPR效应的方法加以提高。基于以上论述及本课题组运用SPR相位法测量金属薄膜材料厚度的研究基础,提出了本文的研究方向:基于SPR相位法研究其增强方法,并开展金属纳米薄膜材料厚度和光学常数的测量方法及应用。具体完成的工作主要包括:一、利用多次内反射增强SPR效应的研究。根据金属材料的色散模型和SPR检测的基本原理,建立了基于多次内反射SPR相位增强法的薄膜材料厚度检测模型,分析了多次内反射增强SPR效应的原理;而后根据此测量模型设计并搭建相应的光学检测系统,确立了通过解算干涉条纹图像获取包含金薄膜厚度信息的相位差的方法;根据理论模型和测量系统,对单层金膜厚度展开了相应的实验检测;设计了利用椭偏仪进行比对测试的校正方案,对实验结果进行比对验证,而后对检测方法的不足及改进的可行性进行分析,为进一步研究薄膜相关参数指明了方向。二、多膜层厚度和光学常数的反向工程算法研究。开发了一种基于SPR相位法检测多膜层厚度和光学常数的反向工程算法,给出了算法的构造策略,并建立了多膜层厚度和光学常数的反向工程解算模型;通过对单层金膜及双层金银膜SPR相位法反向工程实验分析,并将反演结果分别与粒子群算法的反演结果和商用仪器的检测结果对比,验证了所提出的混合算法的解算性能及反演结果的可信度,为多层薄膜厚度和光学常数的解算提供了一种新路径。三、金属薄膜与二维材料复合结构增强SPR效应的研究。研究了利用新型二维材料增强SPR效应的敏感层激励结构设计方法,在传统单层金属薄膜及双层金属薄膜的SPR棱镜结构上,提出了一种灵敏度高且稳定性好的相位调制型SPR传感器敏感层结构的设计方法,并通过数学模型优化该传感器的各层结构参数,同时从理论上验证了该传感器的检测性能。这种将新型二维材料与传统纳米级金属薄膜相结合的复合结构进一步提高了SPR传感器的测量灵敏度。