无损检测和无损评价是在当前物理学、电子学、材料科学等学科的成果的基础上发展起来的综合性技术，是现代工业质量保证体系中的主要技术之一。常用的无损检测和评价技术使用的激发源包括超声波、X射线、电磁波和涡流等，将其作用于待测样品，根据样品对激发源的反应对样品进行表征。 根据热声效应发展的热波成像技术主要有光声热波成像和超声热像技术等。如果将经过聚焦的脉冲或调制的激光束或者电子束照射在试样表面，由于试样吸收入射能量导致局部加热而产生热波，再经由热弹效应，在试样内部会产生超声波。热波在试样中的传播，能够反映试样表面和亚表面热学性质的微小变化，而超声波携带了热波信息，被压电换能器接收，这样就能够对试样的表面和亚表面的特征进行无损检测，扫描光声显微镜正是基于以上原理发展起来的。由于热波的波长比同频超声波波长短约1000倍，因此在兆赫频段，成像的分辨率可达到微米级，并且热波只能传播一个波长的范围，在这个范围内，热波的相位反映热波的透入深度，因此调节热波的频率和相位，能对亚表面结构进行分层成像。 另一方面，如果将超声波作用于试样，由于弹热效应，在试样内部缺陷区或者不均匀区域，大量的机械能会转化为热能，通过热扩散到样品表面，就会产生局部表面的温度变化，通过红外热像仪观察并记录表面的温度变化，就能够瞬时直观地显示出缺陷或不均匀区域地位置和大小，这就是超声红外无损检测技术的原理。由于超声波能够在试样里远距离传播，所以在红外热像视场范围内，能同时对较大范围内的裂纹、缺陷、残余应力或结构不均匀区域进行检测。 本论文中主要介绍了上述两种技术的原理、实验装置的设计和实现，以及在无损检测中应用。其次，由于高新技术的发展，材料(尤其是隔热材料和散热材料)的热学性质的研究引起了更多的重视。利用光热技术表征材料的热扩散是目前最引人注目的地方，因此在本文论文的最后还介绍了测量材料热扩散率的几种实验设备及其软件和硬件实现。 第一章首先介绍了扫描光声显微镜的原理，包括了它的成像的机制和分层成像方法的原理，然后详细的介绍了如何在本室原有的扫描光声显微镜的基础上，将原有的实验系统与现代计算机技术相结合，进行了计算机软件和硬件的新开发。最后介绍了扫描光声显微镜对集成电路的分层成像，以及针对光声显微成像的图像处理方法。 第二章首先介绍了几种常规的红外热像无损检测技的原理、应用，然后介绍了最近发展的超声红外热像检测新技术，其原理，实验装置和实验结果，对疲劳裂纹和撞击损伤的检测结果表明这种新技术适用于样品缺陷和残余应力的无损检测，并且具有广泛的应用前景。 第三章主要介绍了在超声红外热像技术中涉及的温度变化问题的有限元数值计算方法，详细分析了超声导致的缺陷和形变处热效应的分布，以及各种材料参数对温度分布的影响。本章接着对超声波激发材料缺陷发热的机理进行了研究，用有限元方法分析了内部应力区在超声波作用下的热学性质。 第四章首先介绍了测量材料热扩散率的常用方法，然后详细介绍了三种方法以及它们的实验系统的软件和硬件设计，给出了测量的实验结果。 随着现代科技和工业的迅速发展，无损检测和无损评价技术在各种的领域内有着广阔的应用前景并越来越受到重视。本文旨在从热波成像和材料热学参数定征两个方向来探讨其技术及应用，取得了较好的结果。