伴随技术创新,光电器件逐渐微型化,也促使薄膜厚度越来越薄。以前可能被忽略不计的几个纳米厚度的超薄材料成为研究的焦点。这些超薄材料具有与块体材料不同的光电性质,且光学常数会随着厚度发生改变。无论是在基础科学研究还是光电子器件的设计优化中,都需要准确获取超薄材料的厚度和光学性质。光谱椭偏测量在超薄材料的几何结构参数和光学常数测量中广泛应用。本文在传统椭偏测量数据分析方法的基础上,研究了如何实现超薄材料基于椭偏参数的层数快速识别,提出了基于解析求解的快速获取超薄材料光学常数的计算方法。具体内容如下:(1)研究了基于模型拟合的超薄材料椭偏测量基本理论方法。本文阐述了椭偏测量的基本原理、膜系的光学特性建模、粗糙界面处理方法、基于拟合的待测参数提取方法。通过上述光谱椭偏理论方法测量提取了石墨烯光学常数。(2)针对超薄层状材料的层数快速识别问题,通过建模仿真,以透明基底上的石墨烯为例,实现椭偏测量快速识别二维材料层数,且对比度明显,优于光学识别方法。通过椭偏测量实验,验证了方法的可行性,达到了快速识别二维材料层数的目的。(3)针对超薄材料光学常数椭偏测量数据分析,提出了在无先验知识条件下快速直接的光学常数正向解析计算方法。通过仿真对该方法的适用范围进行了研究,并将其应用到石墨烯、二硫化钼和二硒化钨等二维材料上,获得了这些二维材料的光学常数,证明了该方法的有效性。本文提出的理论方法和实验测量结果将为提高椭偏测量超薄材料的能力提供指导思路,为超薄材料研究及应用铺平道路。