回顾光声效应模型的发展历史，可以发现以往的光声模型基本都遵循同一条假设：光声腔气体压力均匀一致，可用热力学分析，因而这些光声理论仅适用于低频或中频。而要光声测量纳米薄膜的热物性，其所要求的光声频率较通常要高得多，必须进入超声范围，这使得现有的光声理论和技术不敷使用。有鉴于此，本论文(1)发展了可用于表征多层复合纳米薄膜热物性的三种模型——热力完全耦合光声模型、半耦合光声模型与修正的解耦光声模型，并给出了各自用矩阵形式表达的光声分析解。它们不仅考虑了多层复合材料各层的热、力、光和几何性质，而且对频率没有限制。(2)利用建立的通用热弹性光声模型，对光声效应的特性进行了研究，弄清了光声信号是由热波、声波以及它们的反射波构成，热力耦合情况下，各波均有所变性；高频下光声信号不仅随频率上升空间波动性加剧，还会规律性地出现共振，故热力学光声模型已不适用。(3)给出了共振频率分布的精确和近似计算表达式，通过分析不同模型下的共振频率谱进而得到了解耦模型与耦合模型高频下偏差的修正系数，使得解耦模型可在相当程度上满足高频光声效应计算的需要。(4)通过分别比较完全耦合模型与半耦合模型即波动热活塞模型、完全耦合模型与修正的解耦模型在低频与高频下的计算结果，发现半耦合模型与修正的解耦模型不论是低频还是高频都是对完全耦合模型较好的近似；当试样的热膨胀系数量级大于10<-4>时，试样膨胀对光声效应的影响随频率的上升而上升，当热膨胀系数量级小于10<-4>时，其随频率的上升而下降，此时半耦合模型是很好的近似模型；热力耦合效应的影响会随着频率的升高而不断增强，因而需要注意修正的解耦模型在超高频下的适用性。(5)对纳米级非金属薄膜(SiO<,2>)、金属薄膜(Ni)以及微米级金刚石薄膜导热系数的光声测量进行了模拟研究，结果表明：提高入射光的调制频率至超声区可大幅改善光声测量纳米薄膜和高导热薄膜热物性的精确度；高频共振的放大作用可用于克服光声信号随频率上升衰减的缺陷；光声测量存在灵敏度最佳的频率，要尽可能利用或接近这个频率，围绕其附近某个共振峰采集数据以提高信噪比；对于热薄的材料，相差法以较低的频率要求和较高的精度而优于幅值法：对于导热系数与热膨胀系数不大的样品，三种模型基本都能给出满意的结果；对于高导热材料，要降低对可测厚度的预期。总之，上述工作将会使光声技术成为一种有希望的表征多层复合纳米薄膜热物性的手段。