Принято считать, что эллиптическая поляризация — это наиболее общее состояние поляризованного света, а линейную и круговую рассматривают как ее частные случаи. Это утверждение вытекает непосредственно из уравнения эллипса. Описывают эллиптически поляризованный свет двумя способами, в зависимости от выбранной системы координат.

Предположим, что ось Z системы координат ХYZ, направлена вдоль луча света. Тогда конец электрического вектора Е опишет в плоскости ХОY эллипс. Спроецируем амплитуду колебаний вектора Е на оси ОХ и ОY. Соотношение полученных проекций ψ(ψ = arctg Ax \ Ay)

и разность фаз Δ(Δ=ðx—ðy) между ортогональными компонентами света достаточно полно опишут эллиптическую поляризацию.

Если теперь оси координат Х'ОY' совместить с осями эллипса, то эллиптическую поляризацию можно описать двумя другими параметрами: эллиптичностью ύ и углом наклона xбольшой оси эллипса относительно оси ОХ. Первый параметр дает представление о форме эллипса, а второй — об ориентации его в пространстве. Уточним понятие эллиптичности. Это отношение меньшей и большей полуосей эллипса (ύ = +- arctg b\a).


Оба подхода к описанию эллиптической поляризации равноценны. Более того, существуют простые математические соотношения, которые связывают все четыре параметра (ύ, x, Δ, ψ) и позволяют перейти от одной системы координат к другой.

Экспериментально эллиптичность излучения оценивают с помощью приборов, называемых эллипсометрами. Но определить состояние поляризации — это не сама цель эллипсометрии, как впрочем любого другого поляризационного метода. Значительно интересней проследить за изменением состояния поляризации при взаимодействии света с веществом. Это дает информацию об оптических константах вещества (показателях преломления n и поглощения x), его диэлектрической постоянной е и даже толщине d. С помощью эллипсометра можно наблюдать явления, происходящие как на границах раздела сред, так и в тонких пленках. Особая ценность эллипсометрии в том, что она практически не влияет на исследуемую среду, т. е. это неразрушающий метод контроля. Этим объясняется высокий интерес к эллипсометрии физиков и химиков. Особенно большое внимание уделяется изучению с помощью эллипсометрии тонких пленок. В электрохимии, например, таким путем исследуют процессы образования и роста окисных пленок на электродах. В полупроводниковой промышленности с помощью эллипсометров исследуют окисление полупроводников в различных средах. Последнее особенно важно при производстве микросхем. Используют эллипсометрию в биологии и медицине. Типичный пример — это исследование толщины клеточных оболочек после заражения вирусом. Или другой пример. Известно, что кровь, соприкасаясь с чужеродной средой, свертывается. Изучение этого процесса очень важно при создании искусственных органов (сердца, почек и т. д.) и при консервировании крови. Как видим, диапазон применения эллипсометрии очень широк. В зависимости от поставленной задачи меняется и подход к ее решению.

Различают эллипсометрию отражения, пропускания и рассеяния. Эллипсометрией отражения пользуются обычно для исследования тонких пленок. Эллипсометрию пропускания применяют для изучения двулучепреломления, естественного или искусственного, в прозрачных средах. Эллипсометрия рассеяния служит для наблюдения за облаками, туманом, а в астрономии — за планетными атмосферами и межпланетной пылью.

Познакомимся с самой сутью эллипсометрического метода. В его основе лежит сравнение поляризации до взаимодействия света с веществом и после взаимодействия. Информацию об изменении поляризации дают измеренные углы ύ и x или Δ и ψ.  По результатам измерений вычисляют коэффициенты отражения или пропускания света, поляризованного в плоскости падения и в перпендикулярной плоскости. Затем находят связь их с константами вещества n, х, е и его толщиной d. Но вся сложность метода заключалась именно в этом расчете, так как он оказался очень громоздким, что служило долгое время препятствием к широкому применению эллипсометрии. С развитием вычислительной техники удалось устранить трудность вычисления, и сейчас эллипсометрия широко применяется в науке и технике