시료의 두께와 굴절률을 동시에 측정하는 방법 및 장치가 개시된다. 제 1 중심 파장을 가지는 광을 이용하여 공초점 광학계를 통해 시료의 두께와 위상 굴절률에 관한 제 1 관계식을 얻고, 제 1 중심 파장을 가지는 광을 이용하여 낮은 결맞음 간섭계를 통해 시료의 두께와 군 굴절률에 관한 제 2 관계식을 얻고, 제 2 중심 파장을 가지는 광을 이용하여, 제 2 중심 파장을 가지는 광을 이용하여 공초점 광학계를 통해 상기 시료의 두께와 위상 굴절률에 관한 제 3 관계식을 얻고, 제 2 중심 파장을 가지는 광을 이용하여 낮은 결맞음 간섭계를 통해 상기 시료의 두께와 군 굴절률에 관한 제 4 관계식을 얻은 다음, 제 1 내지 제 4 관계식을 이용하여, 상기 시료의 두께, 위상 굴절률, 군 굴절률을 구하도록 시료의 두께와 굴절률 동시 측정 방법을 구성한다. 따라서, 별도의 샘플 홀더를 이용하거나, 위상 굴절률과 군 굴절률을 가정하는 기존의 방법에 비하여 측정 대상 시료에 제한이 없고, 측정 오차가 적은 측정 방법 및 이를 이용한 장치를 구성할 수 있다.