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本文综述了多层薄膜的测量方法和数据反演的国内外概括及进展，介绍了椭偏法测量薄膜光学参数的基本原理。为了利用单波长椭偏仪解决多层薄膜的椭偏数据处理问题，提出了一种多层薄膜椭偏数据反演算法——模拟退火-单纯形混合算法，较好地实现了多层膜参数的反演。主要完成了以下研究工作:
(1)基于矩阵理论及菲涅尔公式，采用等效基片法，建立了多层膜椭偏数学模型。
(2)提出适合于多层薄膜参数反演的模拟退火-单纯形混合算法，基于MATLAB软件的平台设计了椭偏数据反演程序。该软件具有多至四层膜的椭偏数据处理功能。
(3)以椭偏参数的理论值加入随机的高斯噪声作为模拟测量值，分别对双层膜、三层膜和四层膜进行模拟数值反演实验及分析。在单波长椭偏仪测量时，以一个入射角测量得到一组椭偏参数即可利用混合算法反演得到多层薄膜任意两个光学参数;以多入射角测量得到多组椭偏参数即可利用混合算法反演得到多个光学参数。数值模拟的结果表明混合算法可以解决多层膜椭偏数据处理的问题。即使在误差较大的情况下，仍能反演得到较好的结果。
(4)对入射角的选取、薄膜膜系结构以及薄膜光学参数本身等影响椭偏测量精度的因素进行了模拟误差分析。不同薄膜的入射角对椭偏参数的灵敏度不同。随着薄膜厚度的减小，反演误差有增大的趋势。
(5)利用单波长椭偏仪对多层透明膜样品进行实测，采用混合算法处理数据，得到了较好的多层膜参数反演结果。折射率的精确度为0.01，薄膜厚度的精确度为3％。实验结果表明:模拟退火-单纯形混合算法处理多层膜的椭偏参数是可行的及可靠的。