1969年，R.Crane将电通讯中的外差技术应用到光干涉测量领域，形成了一种新型干涉技术--光外差干涉技术。光外差干涉技术将干涉光强信号以交流的方式进行记录和处理，提高了光电信号的信噪比，具有抗干扰能力强、测量速度快、测量精度高等优点，在测量领域得到了越发广泛的应用。　　 光外差干涉椭偏仪，是光外差干涉测量技术与椭偏测量技术相结合的产物。它可以快速的测量光的偏振态，完成与光偏振特性相关的众多参数的测量。它基于光的外差干涉原理，采用偏振器件将待测光束两正交线偏振分量的振幅和相位差信息体现在两垂直方向上的干涉光强信号上，通过分析两光强信号中交流成分的振幅和相位差，实现待测光束正交偏振分量的振幅和两分量之间相位差的直接测量。　　 本文中我们用基于马赫-曾德尔（Mach-Zehnder）外差干涉仪的光偏振态测量系统，即MZ外差干涉椭偏仪，对光束的偏振态进行了精确测量。讨论了基于声光调制和塞曼激光输出的两种MZ外差干涉椭偏仪的非线性误差，分析了引入误差的因素，对光路中由于激光偏振椭圆化、偏振光学元件的不完全消偏以及安装时可能出现的小角度倾斜引入的误差进行了详细的公式推导及数值模拟。在MZ外差干涉椭偏仪的基础上，我们搭建了一种基于双频双束参考光的MZ外差干涉椭偏仪。两束参考光是频率不同，且偏振互相垂直的线偏振光，分别与待测光束的两垂直线偏分量发生双频干涉。通过对单光电探测器记录的干涉光强进行傅里叶变换和逆傅里叶变换得到两偏振方向上的外差干涉信息，进而完成待测光束偏振态的测量。　　 本论文的主要内容如下：　　 第一章对光外差干涉测量技术进行简要介绍。概括性地介绍光外差干涉测量的原理，发展现状和应用，并对光外差干涉测量中的关键技术--光频调制技术进行总结。　　 第二章介绍了光的偏振知识，回顾了光的椭偏方程及光偏振态的描述方法，总结了光偏振态检测的常用方法和仪器。我们成功搭建了基于马赫-曾德尔外差干涉仪的偏振测量系统--马赫-曾德尔外差干涉椭偏仪，并对光的不同偏振态进行了测量。测量系统的外差信号引入和干涉光强的记录处理由计算机统一控制，可快速显示出待测光偏振态的椭偏图形，测量的相位差误差小于0.03弧度。　　 第三章分析了声光调制型和塞曼激光输出的两种MZ外差干涉椭偏仪的非线性误差，推导并数值模拟了由于激光偏振椭圆化、偏振分光棱镜的不完全消偏和小角度倾斜所引入的误差。结果显示，非线性误差因素会给MZ外差干涉椭偏仪系统带来纳米量级的测量误差；与进行纳米精度位移测量的外差干涉仪不同的是，相同非线性误差参数影响下的MZ外差干涉椭偏仪测量误差还与待测光束的两偏振分量的振幅比和相位差有关。　　 第四章我们提出了基于双频双束参考光的MZ外差干涉椭偏仪测量系统。单光电探测器探测干涉光强，避免了双光电探测器引入的测量误差；通过采用傅里叶分析法来获得不同频率的外差信号，有效的避免了干扰信号带来的混频误差，实现了光束偏振态的精确测量。所得光束偏振态振幅比的最大测量误差小于3％，相位差的最大测量误差小于0.04弧度。　　 第五章对本论文进行总结，提出进一步提高和改善测量系统精度的可行方法。