Современный и перспективный метод исследования оптически неоднородных сред – метод лазерной рефрактографии, основанный на явлении рефракции структурированного лазерного излучения, зондирующего неоднородную среду, с последующей регистрацией угла его отклонения с помощью цифровой камеры и компьютерной обработкой полученных изображений. В работе исследуются два вида неоднородностей: диффузионный слой жидкости и температурное поле около охлажденного тела. Рассмотрены условия возникновения каустик при продольном зондировании стратифицированных оптически неоднородных сред плоским и цилиндрическим лазерными пучками. Разработана экспериментальная установка установки для регистрации трехмерных рефрактограм. Получены 3D-рефрактограмы распространения цилиндрического лазерного пучка в диффузионном слое жидкости.