偏振光谱技术具有灵敏度高、测量速度快、无损非接触和可用于在线测量等优点，广泛应用于纳米厚度薄膜结构与光学特性的测量和分析。

偏振光谱测量的光路主要包括两个部分。①偏振产生光路。由光源出射的光经过第一个线性偏振器形成线偏光。②偏振态测量光路。由样品反射的光经过第二个线性偏振器，照射到集成光谱分光功能的光电探测器中，并记录对应的光强谱。为保证测量的高精度，通常引入信号调制与解调技术，主要的调试方式包括机械旋转光学偏振元件（如线性偏振器），也可在两个线性偏振器之间的光路中增加一个宽光谱1/4玻片作为调制器件，进行机械旋转，还可采用光电调制装置（如光弹调制器）。

测量数据的分析需要首先构建层状模型，并考虑所有各层的光学常数（如折射率或介电常数）及厚度，且依正确的层叠顺序建立。再由多次最小方差法最适化，变动未知的光学常数及（或）厚度参数，最终求得最适化结果。基于偏振光谱技术的仪器主要是椭圆偏振光谱仪，又可以分为单波长或光谱椭偏仪、红外或紫外椭偏仪、成像椭偏仪、消光式或光度式椭偏仪、标准或广义椭偏仪等类型。