现有的偏振测量仪体积庞大、数据处理过程复杂、环境温度条件苛刻,实际应用尚有许多的限制。超材料的出现使偏振测量技术有向更小型化、方便化的方向发展。本论文围绕超材料的光偏振测量这一主题,调研了国内外超材料偏振测量仪的现状、相关基础理论,分别设计了在微波段和可见光波段的基于超材料的偏振测量方法。使用时域有限差分方法（FDTD）对其进行仿真验证研究。我们发现当超材料结构和组成材料确定时,其响应波段范围确定,并且当超材料是非完全对称的周期性结构时,响应光谱随入射光偏振角变化,并且两者一一对应。因此我们可以通过超材料偏振测量的响应光谱间接地确定入射光的偏振角,这种偏振态检测不同于传统的偏振测量技术,无需复杂光学结构和繁琐的数据处理,它是基于入射光的偏振态与超材料响应的对应关系,而非通过测量表征偏振态的实际物理参量,所以更加的便捷。本文还调研了偏振态的表征方法,发现现有偏振表征法都不适用于表征宽带光偏振态。为了更加清楚理解超材料偏振仪的测量原理和更好地表征其结果,需要进一步研究偏振态表征模型。本论文在邦加球的基础上,结合超材料偏振仪的响应光谱特性,研究了一种宽带光偏振态及光谱表征模型——同心球模型,它是宽带光偏振态和超材料偏振仪响应光谱的几何表示。同心球是由不同半径的类邦加球叠加而成,它具有邦加球的特性,但是比邦加球有一个优点,那就是可以表示光谱信息。最后,我们采用同心球模型对可见光波段超材料偏振仪的结果进一步表征和分析,并通过MATLAB编程自动绘制同心球结果图形。