本文主要针对平面分层波导结构中声波的传播特性、聚焦与成像等方面进行了理论和实验研究，结合实际工业检测的诸多问题，研究内容可分为以下两大部分:第一部分针对工业领域中实际导波检测问题，采用更接近实际检测的法向力源进行分层板中导波的激励，研究结构中导波的激发和频散等特性;第二部分结合现有的超声聚焦和成像方法，提出了适合于分层波导结构中导波聚焦和内部缺陷成像的新方法，并通过数值模拟和实验对所提出方法的可行性进行验证。　　第一部分:首先，使用传递矩阵法和留数定理推导了平面分层固体板中导波的频散方程和法向力源作用下的导波的法（切）向位移表达式。通过设立合理的分层板模型和大量的数值计算，分析得出分层板中导波的频散和激发特性与分层板结构和参数的关系。除此之外，发现频散曲线中存在非频散区域，本文中称之为“平台”现象，对于“平台”与分层板结构的关系也做了充分研究。结果表明:在导波的频散特性方面，对于速度递增和速度递减的分层板中，导波的相速度频散曲线存在两类高频极限。第一类与分层板中低速层介质有关，导波的基阶模式和高阶模式的高频极限分别等于低速层的瑞利波速度和横波速度。第二类高频极限与高速层介质相关，“平台”对应的相速度等于高速层介质的瑞利波速度;当分层板中存在低速夹层时，导波的频散曲线高频极限同样分为两类。第一类高频极限与低速夹层相关，所有模式的高频极限等于中间层的横波速度。第二类与夹层两侧介质相关，频散曲线中存在两处平台，对应的相速度分别为两侧介质的瑞利波波速。在导波的激发特性方面，对于速度递增分层板，导波的基阶模式在大部分频段都是主导模式。而对于速度递减和含低速夹层的分层板，在不同频段内主导模式表现为不同高阶模式，但基本符合频散曲线“平台”处的导波模式对应频段的主导模式这一规律。　　第二部分:首先，本文基于超声相控阵技术和时间反转法进行分层板导波时间反转聚焦研究，根据第一部分求得的位移解析解数值计算时间反转法的聚焦脉冲，并与延时聚焦法聚焦效果进行对比。结果证明:时间反转法形成的聚焦声束具有幅度高、脉冲窄和受聚焦距离影响小的优势，聚焦效果好于传统的相控阵延时聚焦法。然后，基于拓扑梯度理论，结合工业检测实际情况提出了更快速的拓扑梯度表达式，利用有限元模拟和实验分析验证了拓扑成像法对于分层波导结构成像的可行性。结果表明:拓扑成像法可以实现波导结构内部单缺陷和多缺陷的定位，且成像分辨率和定位精度等要好于时间反转法;拓扑成像法可以补偿导波的频散效应，利用宽频带激励信号可以进一步提高成像分辨率。