在温度传感器校准中,激光加热法因其温度阶跃高、上升时间快、能量利用率高等优点得到了广泛的应用。但是激光器发射的激光往往是高斯分布的,光斑内能量分布不均匀,这就会造成传感器校准精确度不高。为了改善激光质量,提高温度传感器的校准精度,本文采用微透镜阵列法对激光进行均匀化。文中分别对成像型微透镜阵列和衍射型微透镜阵列的均匀化原理进行分析,从几何光学的角度分析了均匀光斑的尺寸与系统参数的关系,证明了光斑的大小与微透镜阵列中子透镜的尺寸和傅里叶透镜的焦距成正比,在成像型微透镜阵列中光斑尺寸在一定范围内还与两微透镜间的距离成反比;从光的波动学角度分析了光场的分布情况,从理论上说明了主透镜焦平面上的光场分布与入射光束和微透镜阵列数学函数的傅里叶变换成比例。通过ZEMAX光学设计软件对成像型和衍射型微透镜均匀化系统进行仿真分析。通过对激光光束尺寸、光束发散角、子透镜尺寸和两微透镜间距离等参数分别进行仿真,对衍射型均匀化系统和成像型均匀化系统进行对比,检验两种方法中不同参数对激光光束的均匀化程度的影响。在仿真的基础上,利用微透镜阵列搭建了成像型激光光束均匀化系统。设计了楔形棱镜衰减系统将大功率激光衰减至0.6W左右,通过光束分析仪来对均匀化程度进行测试。结果显示,经过均匀化系统后激光的不均匀度约为9.3%,光斑利用率约为87.5%。另外还将直径为0.25mm的热电偶放置在傅里叶透镜的焦平面上,并测试热电偶的输出温度。结果显示均匀化前在中心处热电偶的输出温度相差比较大,这会对传感器校准产生较大的影响。然而在均匀化后两个位置处热电偶的输出温度几乎是相等的。根据传感器校准理论可以分析出,通过对激光热源的均匀化可以改善温度传感器校准的精度。