溜井作为矿山开采系统的重要组成部分，其形变程度直接关系着矿山的安全生产。针对传统矿山安全检测方法存在数据采集效率低、精度差且缺少适用的分析方法等问题，提出基于实时定位与建图（simultaneous localization and mapping，SLAM）技术的矿山溜井形变安全检测方法。首先设计了基于SLAM技术的手持式激光扫描仪在溜井内部的数据获取方法，并对其进行数据预处理，得到完整的点云数据；然后利用Delaunay生长法构建溜井实体模型，提取指定位置的断面信息，最终准确分析其内部形变情况。以山东某金矿溜井为例，在不同时间段获取两期点云数据，试验结果表明，基于SLAM技术的移动测量方法能够准确、全面地获取溜井内部的三维数据，且能够满足溜井后期治理工作的精度要求。

本论文采用全反射式光学聚焦结构，通过独特的偏振控制技术，实现宽光谱、无色差成像椭偏仪的研制。在系统校准过程中采用多样品校准方法，利用校准得到的系统参数对待测样品进行成像椭偏分析，确定样品椭偏角ψ和σ及薄膜厚度的空间分布。为测试自制成像椭偏仪的准确性，本文对3 nm~300 nm 的SiO₂/Si 样品在200 nm~1 000 nm 内多波长下进行成像椭偏测量。实验结果表明，SiO₂ 薄膜厚度最大相对测量误差小于6%。

光谱椭偏仪是常用的测量薄膜厚度及材料光学性质的仪器，其准确性主要由系统的校准过程确定。提出一种新的利用标准样品校准光谱椭偏仪的方法。该方法通过对多个已知厚度和已知材料特性的薄膜样品进行测量，利用测量得到的多个样品的傅里叶系数光谱与包含未知校准参数的理论光谱之间进行对比，通过最小二乘法拟合，回归求解出整个系统的未知校准参数，包括偏振器方位角，波片延迟，波片方位角和系统入射角等。将该方法的应用领域扩展到200~1000 nm的宽光谱区域，并通过测量3~13 nm的SiO2/Si薄膜样品，实验验证了该方法的有效性，准确性达到0.194 nm。该方法相对于传统校准方法更加简单、快速。

双片零级波片和消色差波片是双片波片贴合的补偿器，双片波片中的光轴对准精确度影响波片的偏振调制。提出一种精密检测贴合式双片波片光轴偏差角的方法，该方法基于旋转补偿器的直通式椭偏系统，可在未知起偏器方位角和检偏器方位角相对关系的情况下，通过波片的连续旋转测量偏差角度。探讨了偏差角度对椭圆偏振测量的影响，具体描述了检测方法的原理及数学表达，并通过对检测过程的模拟验证了方法的有效性。此方法对检测和提高双波片式补偿器制造精度具有参考价值。

椭偏仪是薄膜测量的重要工具。从模拟和实验两方面，描述一种新颖的单波长椭偏仪的校准方法。该方法的基本思路是：如果被测样品的相关信息(折射率n,吸收系数k,厚度d)已知，则可以通过测量光强变化的傅里叶系数，采用最小二乘法原理反演出此时椭偏系统的信息（即校准参数，包括起偏器方位角P，检偏器方位角A，波片起始旋转角Cs，波片位相延迟δ，系统入射角θ0）。利用校准得到的系统参数和测量未知样品得到的光强傅里叶系数，求得未知样品的厚度。该方法具有操作简单、节约成本等优点。分别针对2~6个样品尝试了校准，对该校准方法做了模拟分析。将该方法用于实际测量，考证校准后的测量效果，并做了误差分析,最大误差为0.26 nm。