偏振是光波的基本性质之一。当光与物质相互作用时，光的偏振态将会改变，这一改变主要取决于物质本身的性质。利用这种效应，可对许多物理参量进行测量，也可对物质本身的特性进行研究。与其它光学测量技术相比，偏光测量可得到物质本身更多的信息。因此偏光测量技术在医药制造、环境监测，土壤分析，生物技术，材料分析和遥感测量等领域得到了广泛的应用。椭偏测量技术是偏光测量技术中最常用的一种。由于具有非接触性、非破坏性、测量精度高的特点，椭偏测量技术被广泛应用于薄膜测量领域。随着半导体工业的发展，对薄膜测量的要求越来越高，要求椭偏测量具有更高的精度；为了满足椭偏仪在在线检测和实时测量方面的应用，需要提高椭偏仪的数据获取速度。本论文将光弹调制技术用于椭偏测量，实现了薄膜参数的高精度测量；将空间同步移相技术用于椭偏测量，实现了这些参数的快速测量。1/4波片是偏光测量常用的光学元件，相位延迟量和快轴方位角是波片的重要技术参数，本论文将光弹调制技术和空间同步移相技术用于标定1/4波片，同时在相位延迟量和快轴方位角测量方面展开了深入研究。本论文的主要研究内容包括：　　 1.提出一种基于光弹调制器的消光椭偏测量技术。该技术将光弹调制器和两块1/4波片组合构成旋光调制器，对偏振方位角进行调制。与传统消光椭偏测量技术相比，该技术利用探测光的基频分量，消除了背景噪声和环境干扰等对测量结果的影响，从而提高了测量精度。　　 2.提出一种基于光弹调制器的1/4波片相位延迟量测量技术。该技术利用被测1/4波片旋转22.5°前后的归一化二次谐波分量精确计算出其相位延迟量，无需事先确定待测波片主轴的位置。消除了光源光强波动的影响，从而提高了测量精度。　　 3.提出一种基于光弹调制器的1/4波片快轴标定技术。利用基频分量消光标定波片的快慢轴，光源光强的波动、背景光和起偏器消光不理想等对标定结果没有影响。误差分析表明该标定方法的测量精度主要取决于检偏器的定位误差。　　 4.提出一种基于同步移相技术的椭偏测量技术。利用二维正交光栅、特制光阑、检偏器阵列和四象限探测器实现了同步移相功能。该椭偏测量技术的优点是高速度、高精度、低成本和对光源光强波动的不敏感。与其它利用光栅分光的椭偏仪相比，本技术所用光栅是二维正交光栅，所以系统结构紧凑。由于该技术具有数据获取速度快的特点，所以特别适用于实时测量、在线测量和在线监控等领域。　　 5.提出一种基于空间同步移相的1/4波片延迟量快速测量方法。该方法无需知道待测波片主轴的位置，不需要旋转偏振器件，通过同时探测四束光的光强即可得到1/4波片的相位延迟量，实现了1/4波片的相位延迟量的快速测量。该方法消除了光源光强的波动对测量结果的影响。　　 6.提出一种基于空间同步移相的1/4波片快轴方位角测量技术，不需要对待测波片进行旋转，通过同时探测四束光的光强即可直接计算出波片的快轴方位角，实现了快速测量。该方法消除了光源光强的波动对测量结果的影响。