本发明属于热导率测量相关技术领域，其公开了一种用于亚毫米级样品面内热导率测量的光学装置及测量方法，该装置包括：与信号源连接的第一连续波激光器；输出探测激光的第二连续波激光器，沿探测激光的光路上依次设有半波片、偏振分光镜、1/4波片、分色镜、显微镜物镜、反射镜、平衡光电探测器以及锁相放大器，其中：分色镜用于透过探测激光并反射加热激光；偏振分光镜将部分探测激光反射至平衡光电探测器并将来自样品的反射光反射至平衡光电探测器，平衡光电探测器将光信号转化为电信号；锁相放大器提取电信号的幅值和相位。该装置极大的扩大了测量范围，可以实现亚毫米级样品的面内热导率的测量，热导率的测量范围可以扩充至1～2000W/(m·K)。