自单层黑磷（又称磷烯）被发现以来,各向异性二维材料获得了研究人员的极大关注。具有不同结构和特性的各向异性二维材料不断涌现,使其在微电子、光电子、新能源、先进制造等领域均表现出巨大的应用前景。二维材料的纳米级厚度、微米级横向尺寸以及强烈的表界面效应对其物理特性（晶轴方向、厚度、膜层结构）的精确测量带来了巨大的挑战,如微米级空间分辨率、微弱信号的高精度测量以及偏振角度分辨功能等。围绕这一主题,本文聚焦于二维材料高精度光学测量方法的研究,开发了微区反射差分光谱（RDS）技术和反射差分显微成像（RDM）技术,解决了各向异性二维材料若干关键表征问题,实现了光学各向异性强度、晶轴方向、厚度、异质结光学特性的测量以及性能调控的动态检测。课题的研究内容和成果按着开展顺序可归纳为以下几个方面:1.发展了超薄膜层结构反射差分光谱成像测量方法的测量理论。在仪器设计方面,利用光迹追踪法和Debye-Wolf积分法研究高数值孔径物镜的去偏效应,为微区反射差分光谱仪器提供了理论基础;在应用方面,基于三相模型,讨论了反射差分信号的物理检测机理,并提出多膜层复合结构的反射差分信号的散射矩阵计算方法。2.开发了基于可变相位液晶延迟器（LCVR）的微区反射差分光谱仪,提出利用在线标定的LCVR相位延迟谱补偿器件安装误差方法,有效解决物镜的去偏效应引入的伪RDS信号的问题,系统误差优于?0.002。开发了波长可调反射差分显微镜,实现了微米级空间分辨力,针对LCVR对环境温度敏感等问题,提出利用图像矩阵的各向同性区域对LCVR的相位延迟谱的在线标定方法。3.系统研究了二维材料的光学各向异性和晶轴方向测量以及RDS信号的分析方法。首次将反射差分光谱成像技术应用到BP、Re S₂等多种二维材料的基本物理性质和性能调控的研究,形成了从实验到理论的完整的反射差分光谱术表征方法,促进各向异性二维材料的研究。4.首次利用各向异性介电限域效应实现各向同性二维材料的面内各向异性调控。利用各向异性Al2O3（1120）衬底,对单层Mo S₂引入了面内各向异性,观察到在空气和Al₂O₃的_on和_en介电环境中,单层Mo S₂中不同轨道的激子结合能产生0.1到几十毫电子伏特的偏移。5.首次提出基于各向异性二维晶体和共振腔结构的纳米偏振片的设计思路,系统分析了透明介质层构成的法布里珀罗微腔与各向异性二维材料的组合结构对光束偏振态的调制机理与规律,研制了首款基于黑磷材料的纳米偏振器件,其两正交晶轴方向的偏振消光比达到9 d B。