2026年3月16日，国内光学领域权威期刊《激光与光电子学进展》刊发了精密仪器研究中心团队在偏振测量与椭偏技术领域的重要特邀综述文章，题为“穆勒矩阵偏振仪与椭偏仪：测量原理与校准方法（特邀）”。陈修国教授为论文第一作者兼通讯作者，刘世元教授为共同通讯作者，博士生胡静、陈文龙、岳航为论文共同作者。

偏振仪是用于测量光束或介质偏振特性的光学仪器，椭偏仪作为一类专用偏振仪，主要用于精准表征介质表面与界面的偏振响应。二者在仪器构造与物理原理上并无本质差异，名称区别主要源于不同应用领域的习惯称谓。基于穆勒矩阵的偏振仪与椭偏仪，可通过单次测量完整获取4×4阶穆勒矩阵，全面表征介质的双向衰减（二色性）、相位延迟与退偏效应等全部线性偏振信息，是各向异性薄膜与晶体表征、纳米结构关键尺寸精密测量、生物组织特征解析及癌变早期无损诊断的核心光学装备，在先进材料、微纳制造与生物医学等领域展现出日益重要的应用价值。

图1 穆勒矩阵椭偏测量原理示意图。(a)穆勒矩阵测量的基本原理示意图;(b)基于时域偏振调制的穆勒矩阵椭偏测量原理示意图;(c)光谱偏振调制中常见各向异性晶体的双折射率差随波数的变化曲线;(d)空域偏振调制中DVR-MMP沿径向积分获得的光强随方位角的变化曲线

围绕穆勒矩阵偏振仪(MMP)与椭偏仪(MME)，团队系统梳理了该领域技术体系与研究进展。综述首先阐明穆勒矩阵测量基本原理，依据偏振调制技术差异，将仪器划分为时域偏振调制、光谱偏振调制、空域偏振调制三类：时域偏振调制为当前主流应用方案，包含双旋转补偿器、四光弹调制器、四铁电液晶、四向列液晶等典型构型；光谱偏振调制依托多级波片相位延迟量与波数的线性关系，实现快照式穆勒矩阵快速测量；空域偏振调制借助涡旋波片、超表面等特殊器件，完成偏振态空间编码与实时解调。

在此基础上，综述系统归纳了穆勒矩阵偏振仪高精度校准技术，分为基于模型的校准方法与无模型校准方法（特征值校准方法，ECM）。基于模型校准通过构建精准系统模型，以最小二乘法优化求解待校准参数；无模型校准无需建立偏振元件精确物理模型，仅通过空气、偏振器、波片等标准参考样品测量，结合矩阵特征值分解完成调制矩阵与分析矩阵校准，为高精度测量提供关键技术支撑。

图2 MMP的应用实例。(a)基于FTIR的中红外MME系统光路;(b)超快MMP测量原理图;(c)自主研制的高分辨成像MME系统光路;(d)基于超表面的成像MMP

综述同时展示了极紫外、中红外、超快、高分辨成像、超表面集成等多类穆勒矩阵测量系统应用实例，并前瞻领域未来发展方向：一是拓展深紫外、极紫外、中红外、太赫兹等宽光谱测量范围；二是依托光学时间展宽技术，将测量时间分辨率提升至纳秒量级；三是融合显微成像技术，研发高横向分辨率成像穆勒矩阵椭偏仪与显微镜；四是基于超表面等微纳光学技术，推动仪器向微型化、集成化方向发展。

该综述全面凝练了穆勒矩阵偏振仪与椭偏仪的原理、技术、校准与应用进展，为偏振测量领域科研人员提供了系统化理论指导与技术参考，将助力椭偏与偏振测量技术在科研与工业场景的规范化应用，为高端偏振测量仪器自主研发与核心算法优化奠定坚实基础。

论文信息：

陈修国,胡静,陈文龙,岳航,刘世元, "穆勒矩阵偏振仪与椭偏仪：测量原理与校准方法（特邀）," 激光与光电子学进展 63, 0512006 (2026).

X. Chen, J. Hu, W. Chen, H. Yue, and S. Liu, "Mueller Matrix Polarimeter and Ellipsometer: Measurement Principle and Calibration Method (Invited)," Laser Optoelectron. Prog. 63, 0512006 (2026).