數(shù)學(xué)上可以用兩種不用的方式來描述電磁波與樣品間的作用，一為瓊斯矩陣（en:Jones matrix），一為穆勒矩陣（en:Mueller matrix）。在瓊斯矩陣表示法，電磁波在作用前與作用后以具有兩個(gè)復(fù)數(shù)值的瓊斯向量（en:Jones vector）來描述，而其間的轉(zhuǎn)換則是以一具復(fù)數(shù)值的2乘2矩陣（即瓊斯矩陣）表現(xiàn)。在穆勒矩陣表示法，作用前、后的電磁波則以具四實(shí)數(shù)項(xiàng)的史托克向量（en:Stokes vector）表示，作用之轉(zhuǎn)換描述矩陣則是4乘4共16實(shí)數(shù)項(xiàng)的穆勒矩陣。當(dāng)沒有去偏極化（en:depolarization）發(fā)生時(shí)，兩種型式wq相符，因此對于非去偏極化樣品，通常使用瓊斯矩陣的型式就足夠了。但若樣品會(huì)去偏極化，則為了取得這去偏極化的量，必需要使用穆勒矩陣型式。去偏極化的原因，舉例來說，可以是因?yàn)椴粔蛞恢碌暮穸?，或是來自透明基材背面的反射所造成?img src="http://zs1.img-/pic/236996/p4/20180627104454_9546_zs.jpg" />

橢圓偏振測量技術(shù)并不是直接測量有關(guān)樣品的參數(shù)(厚度、光學(xué)常數(shù)等)，而是測量與這些參數(shù)有函數(shù)關(guān)系的量值。然后必須求解模擬測量數(shù)據(jù)的反間題，以確定樣品參數(shù)。通常，整個(gè)測量過程可以分為下列四個(gè)步驟。

  首先，通過光學(xué)實(shí)驗(yàn)測量出如反射光或透射光的強(qiáng)度和偏振態(tài)，它們可以是光束波長、入射角和或偏振態(tài)的函數(shù)。其次，以已知樣品特性參數(shù)為根據(jù)構(gòu)成數(shù)學(xué)模型。這模型應(yīng)包含有某些已知的參數(shù)，如入射光束波長、入射角和入射光束偏振態(tài)等;當(dāng)然這模型也包含某些未知的物理參數(shù)，如膜層厚度和光學(xué)常數(shù)等。然后，改變物理參數(shù)并計(jì)算數(shù)據(jù)，直到求得一組可變參數(shù)，使得到的計(jì)算數(shù)據(jù)與測得的光學(xué)數(shù)據(jù)緊密匹配。

單波長橢圓偏振技術(shù)使用單色光光源，通常為可見光范圍之雷射光源。因此，也常稱之為雷射橢圓偏振技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)在于雷射光可聚焦為相當(dāng)小之光點(diǎn)，并且相較于非單色光之寬頻譜光源，雷射光能提供較高之強(qiáng)度，因而可利用于橢圓偏振成像。然而，實(shí)驗(yàn)之結(jié)果也就限制于每次測量只能取得一組 Ψ 及 Δ 之值。 光譜橢圓偏振(SE, Spectroscopic Ellipsometry)采用寬頻譜之光源，涵括了紅外光、可見光或紫外光之某一段光譜區(qū)域。藉此，復(fù)折射率或介電性質(zhì)可在相關(guān)之光譜范圍取得，并依此得到相當(dāng)多的基本物理性質(zhì)。紅外光光譜長橢圓偏振技術(shù)(IRSE, Infrared spectroscopic ellipsometry)可探測晶格振動(dòng)聲子及自由電荷載子(電漿子)等性質(zhì)。而在近紅外光、可見光到紫外光之光譜范圍，則為用以研究透光或能隙下范圍及電子特性，如帶間躍遷或激子。