看不见的厚度，留在光的节拍里
镜片上的镀膜薄得难以从侧面看清，光却会遇到它的两张边界。第一路在空气与膜相遇处反射，另一路进入膜，到膜与基底相遇处折回；还有更弱的光多往返几次。探测器收到的是这些电场相加后的结果。
膜厚一点，进入膜的光多走一段路。光波本来就在周期性振荡，多走的路会改变两路光相遇时的节拍：有时同向加强，有时反向抵消。周期里的先后叫相位。膜厚改变后，反射亮度可能只变一点，相位却已经明显挪动。
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电场为什么画出椭圆
让一束光沿固定方向传播，在某个位置观察电场箭头。箭头若始终沿一条直线来回摆动，就是线偏振。将它拆成两个互相垂直的方向：两边同时过零，合起来仍沿直线；若一边先走一点，另一边晚到，箭头尖端便可能绕出椭圆。
椭偏仪先把入射光准备成已知线偏振，再让它斜着照到样品。入射光与表面法线围成一个平面，电场平行这个平面的分量叫p分量，垂直的叫s分量。薄膜通常对两者反射得不一样：振幅比改变，周期里的相对位置也改变，出去的电场便可能从直线变成椭圆。
这个椭圆同时保存两类信息。一个角度描述p与s反射振幅的比例，另一个角度描述它们的相位差。测相对变化也让共同光强的某些波动相消；实际仪器仍要处理偏振器零位、补偿器延迟和探测响应。
探测器先看亮暗怎样随转角变化
光电探测器响应的是一段曝光内的光强，跟不上可见光电场每一次振荡。要读出偏振，仪器在前面放一个只能通过某个电场方向的检偏器。把它旋转，透过的光随角度变亮、变暗，偏振椭圆的方向与扁圆程度就藏在这条曲线里。
完整相位还需要分清椭圆怎样绕行。补偿器让两种正交方向多出已知延迟，再测一组强度，原先难以区分的偏振便有了不同响应。已知参考态把接收光学件与电子计数联系起来，另一参考态可检验这层联系。样品照明和参考照明的稳定性也随之成为测量条件。
多几种颜色，为何能分开几个膜厚
仪器得到振幅比和相位差以后，还要问哪一层膜能造成这样的反射。折射率描述光在材料里的传播，膜厚决定走多远；两者都会改变往返相位。先假设层数、基底和材料的光学行为，再计算反射，逐步调参数，才能找出符合观测的薄膜。
透明膜只用一种颜色测，膜内往返多一个整周期，反射可能回到原来的状态。一层较厚的膜便能与较薄的膜给出相同结果。换成几种颜色，整周期所需的厚度随颜色变化，原来重合的候选解常会分开；改变入射角又添了一组条件。
条件再多，也要让光真正带回下界面的信息。膜与基底光学性质相同，下边界就不再产生独立反射；吸收很强，光到不了底部再返回。此时一条拟合得很好的曲线也可能容许很宽的膜厚范围。椭偏测厚的可信程度，取决于光走过了什么路径，以及所选模型能解释哪些观测。