Ellipsometria on optinen tekniikka erittäin ohuiden kalvojen tai materiaalikerrosten paksuuden ja optisten ominaisuuksien mittaamiseen. Mitattavia ominaisuuksia ovat taitekerroin eli kuinka paljon valoa on taivutettu, ja valon absorptiotaso, jota kutsutaan absorptiokerroimeksi. Ellipsometri on laite, jota käytetään näiden mittausten suorittamiseen.
Ellipsometrit loistavat hyvin määritellyn valonlähteen materiaaliin ja sieppaavat heijastuksen. Nykyaikaiset ellipsometrit käyttävät lähteinä lasereita, tyypillisesti Helium-neonlasereita. Ellipsometrisäde kulkee ensin polarisaattorin läpi niin, että vain tunnettuun suuntaan suuntautunut valo pääsee kulkemaan. Sitten se kulkee laitteen, nimeltään kompensoija, läpi, joka polarisoi elliptisesti valonsäteen. Jäljelle jäävä valo palautetaan sitten tutkittavasta materiaalista.
Analyysi riippuu Snellin laista; kun valonsäde osuu materiaaliin, osa heijastuu välittömästi ja osa kulkee materiaalin kaukaiselle puolelle ennen heijastumista. Laitteen paksuus voidaan määrittää mittaamalla kahden heijastuksen välinen ero. Heijastunut valo muuttuu myös polarisaatiossa; tätä muutosta käytetään taitekerroimen ja absorptiokerroimen laskemiseen.
Jotta ellipsometri toimisi kunnolla, tutkittavan materiaalin on täytettävä tietyt fysikaaliset ominaisuudet. Näytteen on koostuttava pienestä määrästä hyvin määriteltyjä kerroksia. Kerrosten on oltava optisesti homogeenisia, niillä on oltava sama molekyylirakenne kaikkiin suuntiin ja heijastettava huomattavia määriä valoa. Jos jotakin näistä vaatimuksista rikotaan, vakiomenettelyt eivät toimi.
Ellipsometrit ovat erittäin herkkiä laitteita, jotka kykenevät mittaamaan yhtä ohuita kerroksia. Niitä käytetään laajalti puolijohdeteollisuudessa, jossa peräkkäiset materiaalikerrokset kasvatetaan kemiallisesti päällekkäin.
Ellipsometria on tuhoamaton; prosessi ei vaikuta haitallisesti ellipsometrillä mitattavaan materiaaliin. Tämän ominaisuuden vuoksi ellipsometrien käyttö biologisissa tieteissä kasvaa. Biologiset materiaalit ovat paljon vähemmän yhtenäisiä kuin valmistetut materiaalit, eikä niillä ole yleensä perinteiseen ellipsometriaan tarvittavia fyysisiä ominaisuuksia. Uusia tekniikoita, kuten useiden eri kulmiin järjestettyjen ellipsometrien käyttö, on kehitetty toimimaan tällaisten materiaalien kanssa.