对材料进行各种光学参数的精确测量，不论是作为微电子和光电子材料的应用，或是作为光学零部件以及近代半导体工艺技术中衬底材料的应用都有重要意义。因而在半导体光学性质的研究和应用过程中，已经发展了多种半导体以及其他固体光学常数测量的实验方法和理论计算。 本文首先介绍了双面金属包覆波导的性质，自由空间耦合的基本原理及其超高阶导模的特殊性质. 硅片的光学参数不能用常用的棱镜波导耦合方法直接测量，因为①.棱镜耦合所能测的导波层的厚度一般在μm量级，当导波层厚度达到mm量级时，在大角度情况下，棱镜耦合的波导模式几乎连续，对测量系统的角度分辨要求过高，实际中无法做到；②.棱镜波导耦合方法所能测的波导层的折射率须小于棱镜的折射率；③.棱镜耦合的空气隙需要调节，实际中极为不便，结构复杂，无法测量边缘部分。我们提出用双面金属包覆介质波导的自由空间耦合方法来测量硅片的折射率。得到了比较好的效果，且此方法非常简便可行。 此外,针对生长于强吸收衬底上的透明薄膜，我们提出在该薄膜上镀一层薄金属；形成金属－薄膜－强吸收衬底的类波导结构。由于小角度入射光在强吸收衬底上具有较强的反射率，使该结构可容纳一系列共振模。利用自由空间耦合技术和本文导出的共振模的模式本征方程，可同时确定透明薄膜的厚度和折射率。在实验中测量了硅衬底上制备的PMMA薄膜的折射率和厚度，测量的相对误差均小于 。本方法具有简便、可靠，可测量任意折射率薄膜的优点。