本项目利用椭偏测量原理和激光外差干涉法，分别采用横向塞曼激光器和声光调制器设计全对称的Mach-Zehnder型干涉仪，实现反射和透射式外差干涉椭偏测量，以解决纳米级厚度薄膜动态、在线测量的问题。针对系统中存在的膜厚测量非线性误差，研究了激光源、偏振分光镜、金属反射镜、非偏振分光镜等偏振器件引入的非线性误差，以及这些误差项之间的相互作用机理。明确了主要偏振器件需要达到的性能指标，首次建立了非偏振分光镜的非线性误差模型，完善了外差干涉椭偏测量系统的设计理论。对准精度对非线性误差影响很大，方位角误差一般需要控制在0.01°量级。这些误差项之间是互相耦合的，不能通过常见的误差合成方法，计算膜厚测量总体误差。激光源输出偏振态的不稳定是非线性误差漂移的主要原因。针对空间光路结构的外差干涉椭偏测量系统的不足，本项目还初步研究了基于模间干涉的全光纤结构Mach–Zehnder干涉仪，以提高系统抗干扰能力和稳定性。