本文通过理论和实验分析了1064 nm高功率明亮压缩态光场实验制备过程中，高功率种子光和泵浦光注入光学参量放大器引起的热透镜效应和模式失配。首先根据热透镜理论模型，定量分析了高功率种子光和泵浦光注入光学参量放大器时，周期极化磷酸氧钛钾晶体内部热透镜的等效焦距。然后根据高斯光束与光学谐振腔的模式匹配理论模型，理论分析了高功率种子光和泵浦光与光学参量放大器的模式失配量。最后在高功率明亮压缩态光场正常输出的工作状态下，重新优化种子光和泵浦光与光学参量放大器的模式匹配效率，在种子光功率为500 mW、泵浦光功率为145 mW的条件下，在分析频率3 MHz处，直接测得光功率为200 μW、压缩度为-10.8 dB±0.2 dB的明亮压缩态光场。上述实验结果与有关文献测得的压缩度仅相差0.1 dB，表明在本文实验系统中，高功率种子光和泵浦光引起的热透镜效应对光学参量放大器输出明亮压缩态光场的压缩度基本没有影响。

翠绿宝石晶体的热透镜效应会严重影响激光器的输出性能。首先通过建立晶体的热传导模型，合理设定边界条件并求解相应的热传导方程，对造成热效应的三个因素进行分析，计算了相应因素下热焦距的理论值。然后，利用谐振腔的临界稳定条件，对晶体的热焦距进行测量，测量结果与理论计算值基本吻合，证明利用谐振腔的临界稳定条件测量F-P腔的热焦距是可行的。最后，对不同腔长下的输入输出特性进行了分析，详细解释了在热效应的复杂影响下输入-输出曲线中的凹陷现象。在计算出最大抽运功率下的热焦距后，调整相应腔参数，可以使激光腔在整个抽运功率范围内处于稳定状态。研究结果对于减少热透镜效应的影响、提高激光器的性能具有重要的指导作用。

提出了一种基于单柱面聚焦透镜的热透镜技术差分测量构型,并采用相移理论和高斯光束ABCD传输定律建立了热透镜信号理论模型,导出了最优构型条件及测量灵敏度理论极限,结果表明该测量构型能够获得与双柱面聚焦透镜测量构型相同的测量灵敏度。采用理论计算及有限元分析相结合的方法分析了构型参数对探测平面光强分布及热透镜信号幅值的影响,理论结果和有限元结果的一致性证明了单柱面聚焦透镜差分测量构型的可行性及理论模型的正确性。

在CdSe晶体光参量振荡器(OPO)中, 泵浦激光经过晶体后产生大量废热, 使CdSe晶体出现明显热透镜效应, 从而导致泵浦激光的光斑半径在晶体内部不断变小, 最终降低了晶体的损伤阈值和OPO的输出功率。本文利用COMSOL软件对高重频脉冲激光泵浦CdSe晶体进行多物理场建模, 完成了CdSe晶体热透镜效应仿真, 通过参数优化, 发现对流系数与晶体最大温度成反比, 与晶体后端面和焦点的光斑半径成正比, 聚焦位置随对流系数增加趋于稳定。单脉冲能量和重复频率与晶体最大温度和焦点的光斑半径成正比, 与晶体后端面光斑半径和聚焦位置成反比。准直激光光斑半径与晶体最大温度成反比, 与晶体后端面光斑半径、聚焦位置和焦点光斑半径成正比。该研究解决了CdSe OPO中晶体后端面光斑半径难以直接测量的问题, 为优化CdSe晶体热透镜效应提供了理论依据。

提出了一种基于表面热透镜技术的热扩散率测量方法。利用脉冲泵浦光加热样品，热量沿膜层传导形成温度场，温升区域热膨胀形成表面热包，其对探测光具有调制作用，产生了表面热透镜效应。通过分析热透镜信号的相位与探测距离的关系，求出了对应泵浦光频率下的热扩散长度，进而求得热扩散率。测量了膜厚为150 nm的铬膜样品的热扩散率，所提方法的测量结果为36.9 mm²/s，与光热偏转法的测量误差仅为0.8%，与其他不同类型样品在两种方法下的测量结果也较为接近，证明了所提方法的有效性。相对于光热偏转法，所提方法具有装置简单、受环境影响较小等优点。

构型优化条件要求柱面聚焦透镜与待测样品位置重合, 造成实验实现的困难, 因此通过数值计算分析了柱面聚焦透镜位置对其余构型参数优化值、聚焦误差信号幅值及其非线性误差的影响。提出了聚焦误差热透镜技术的单柱面聚焦透镜测量构型, 并建立了基于热透镜光学相移理论的热透镜聚焦误差信号理论模型, 获得了构型优化条件。计算结果表明:当柱面聚焦透镜与待测样品间距小于0.7倍的柱面聚焦透镜焦距时, 探测和激励光斑半径优化值与理论优化值基本一致, 探测器与聚焦透镜间距略有增大, 聚焦误差信号大于0.85倍的理论极值, 探测光最大光学相移小于0.2 rad时非线性误差小于1%。证明了聚焦误差热透镜技术的单柱面聚焦透镜测量构型的可行性。