随着激光燃烧诊断技术的不断发展,该技术已经被广泛的应用于多种燃烧学关键参数的测量当中。在这些测量技术中相干反斯托克斯拉曼散射（Coherent Anti-Stokes Raman Scattering简称CARS）技术由于其具有测量准确、信噪比高等优势而被广泛的应用于燃烧流、非燃烧流的温度、组分浓度、压力等重要参数的测量当中。而近年来随着飞秒激光技术的发展,飞秒CARS由于其具有高重频、低干扰等优势而被广泛关注。结合先进航空发动机、燃气轮机等先进动力装置研究中对受限空间、大温度动态范围条件下迫切的高时空分辩温度测量需求,本文重点开展了基于飞秒/皮秒混合CARS技术的受限空间温度测量理论和实验研究工作。基于飞秒CARS自身时域敏感特性,采用时域非线性光学模型对飞秒CARS进行了理论描述。针对现有飞秒CARS模型对受限空间影响的输入脉冲特性未充分考虑的问题,在时域非线性光学模型中加入对输入脉冲延时抖动、输入脉冲啁啾等参数进行改进。改进后的模型实现了对受限空间条件下窗口材料色散、脉冲延时抖动等效应的理论描述。并对CARS燃烧诊断测量中的主要测量对象气体双原子分子的拉曼跃迁模型进行了理论论述,对双原子分子振转跃迁、纯转动跃迁能级间隔、拉曼跃迁截面;拉曼线宽等主要光谱参数进行了理论计算。在此基础上,采用改进后的理论模型,在仅改变输入脉冲特性参数的情况下实现了三种CARS实现方式基于统一模型的理论计算。并基于上述理论计算,开发了带有用户界面的CARS光谱实验数据拟合程序。基于上述可描述受限空间条件影响的改进模型,进一步理论分析了斯托克斯延时、泵浦及斯托克斯脉冲宽度与啁啾、探测脉冲延时、探测脉冲啁啾等会受到受限空间条件影响的输入脉冲时频域特性给飞秒/皮秒混合CARS测温带来的影响。通过设置不同的输入脉冲时频域特性生成CARS理论光谱并使用数据拟合模型对其进行温度拟合进而分析上述参数给CARS测温结果带来的拟合误差。设计和搭建了一套线宽压缩装置,并基于该装置搭建了纯转动飞秒/皮秒混合CARS实验平台。利用该平台开展了一系列受限空间对CARS测温影响的实验研究工作。分析了经过入射窗口色散后泵浦、斯托克斯脉冲啁啾及延时抖动效应对CARS测温结果的影响。分析了不同探测脉冲啁啾、探测脉冲延时条件下,CARS光谱的拟合残差。并对该拟合残差随探测脉冲延时周期性波动给出了直接的理论解释,进一步通过实验和理论对比分析验证了上述解释。在此基础上将探测脉冲啁啾作为拟合参数,解决了现有工作中受限空间N₂纯转动CARS光谱存在固有拟合残差的问题。最后在充分考虑压力、输入脉冲啁啾等因素对CARS光谱的影响后,在标准气室中开展了纯转动飞秒/皮秒混合CARS测温实验研究工作。为验证所搭建测量装置在更大温度范围内适用性,进一步对McKenna燃烧器平面火焰进行了测量,测量结果与细丝高温计及文献报道结果符合较好。