超快速脉冲激光加热技术已被广泛应用于材料科学、纳米技术等诸多领域,而激光加热引起的纳米尺度的导热规律仍有待进一步探索,并成为该技术进一步发展的制约因素。许多微电子元件的尺寸已达到纳米级,为了设计其散热系统,必须深入研究微纳尺度导热的机理。对于微纳尺度导热问题,实验、理论和数值结果均表明暗含传播速度无限大假设的传统傅立叶定律不再适用。因此,探索微纳尺度导热规律具有重要的理论价值和应用价值。本文基于Cattaneo-Vernotte(CV)导热模型、双相滞(DPL)导热模型和体现尺度效应的改进的CV导热模型,应用解析方法对超快速激光加热引起的导热问题开展了系统的研究。并应用格子Boltzmann方法(LBM)数值模拟了超快速激光加热问题和微纳尺度热点引起的导热问题。本文首先基于傅立叶定律和CV导热模型,研究了超快速激光加热金薄膜引发的薄膜内部的导热问题,并将两个模型给出的结果进行了比较。研究结果表明,在CV导热模型中,热是以波动方式传输的,而不再是基于傅立叶定律的扩散传输方式,因此消除了热扰动传播速度无限大的缺陷,并得到了不同克努森数下“热波”在薄膜内部传播的无量纲速度。同时发现在绝热边界条件下,当系统达到稳定后,温度会随着克努森数的增加而升高。基于DPL导热模型对超快速激光加热金薄膜的一维导热问题进行了研究。结果表明,增大温度梯度迟滞时间与热流密度迟滞时间的比值会降低薄膜被激光加热一端的温度峰值,并缩短系统达到稳定状态的时间。基于DPL导热模型给出了在激光加热薄膜的导热过程中“热波”发生的必要条件。另外发现当温度梯度迟滞时间大于热流密度迟滞时间时,导热过程将不再发生热波现象,这一结论既符合本文的计算结果,又验证了Tang的结论。同时研究了在滑移边界条件下,表面调节系数对薄膜内温度分布的影响,研究结果表明,受加热表面的温度会随着表面调节系数的增加而降低。本文还基于DPL导热模型研究了不同克努森数下薄膜内部热流密度的分布情况,结果表明,当系统达到稳定状态时,热流密度的值随着克努森数的增加而增大。在微纳尺度导热系统中,导热系数与系统的特征长度紧密相关。因此本文基于体现尺度效应的改进的CV导热模型对超快速脉冲激光加热金薄膜的导热问题进行了研究。在与CV导热模型给出的结果的比较中发现,在改进的CV导热模型中热波的波峰并不出现在薄膜的内部,而是始终位于受加热边界。还发现两个模型所得无量纲速度值之间的大小取决于克努森数是否大于1.1027。在与DPL导热模型给出的结果进行比较时,发现两种模型所得到的温度分布存在较大差别,而且随着克努森数和DPL导热模型中的温度梯度迟滞时间的增大,两者的差别愈发明显。本文利用LBM数值模拟了激光加热硅薄膜的一维导热问题,结果表明,在过渡区由激光加热引起的薄膜内部的能量是以波动的形式进行传输的,且随着克努森数的增大,能量密度峰值变高。利用激光分别对薄膜的两侧进行加热时,发现由激光在薄膜两侧施加扰动引起的热波在薄膜内相遇时,会引发能量的剧烈增强。在与傅立叶定律和CV导热模型给出的结果的比较中,发现傅立叶定律不能展示能量的波动传输方式,且会严重低估薄膜内产生的能量密度峰值。CV导热模型虽然能够展示能量的波动传输形式和热波在相遇后的能量增强现象,但会低估能量增强的幅度。此外,本文还提出了通过控制激光作用于薄膜两侧的时间差,从而调节薄膜内能量最大值产生位置的方法,这对激光加热技术具有一定的指导意义。本文最后利用LBM研究了绝缘体上硅(SOI)晶体管的硅薄膜中纳米尺寸热点引发的导热问题。结果表明,在过渡区能量是以波动的形式进行传输的,并且边界条件对薄膜内能量的高低具有十分重要的影响。