在本研究中,对飞秒激光抽运探测热反射实验系统进行了改进,使用更高倍频效率的BIBO晶体;使用低通滤波器降低了激光自身重复频率对信号测量的干扰;构建CCD摄像显微系统,实现抽运光和探测光光斑的精确对准,同时还可实现样品最佳测量点的选取。采用matlab编程模拟计算了微纳米尺度下的超短非平衡热输运过程,即抛物两步模型和双相滞模型下激光加热物体的温度分布。非平衡热输运过程的模拟计算结果验证了金属薄膜被激光加热后非平衡现象的存在,分析了电—声子耦合因子的大小对电子、声子的温度影响。双相滞模型中分别模拟计算了在固定时刻不同导热方式下物体沿厚度方向的温度分布,以及加热面和底面在不同导热方式下的温度随时间的演化情况。根据傅里叶导热模型对拟合过程中的输入参数（调制频率、激光光斑、薄膜厚度、热导率、界面热导）进行了敏感度分析,为测量具体样品时调制频率和激光光斑大小的选择提供了依据,提高了测量精确度。利用飞秒激光抽运探测热反射实验系统测量了两层和三层不同纳米结构下多种材料的热导率和界面热导,测量结果均与已有相关文献报道值吻合。三层样品Al-HfO₂-Si的测量结果显示,随着中间层HfO₂薄膜厚度的增加,有效界面热导不断减小,对测量结果进行分析得出界面热导和薄膜热导率数值大小和中间层HfO₂薄膜厚度有关。