在考虑探测光束光斑尺寸对调制光热反射(MPR)信号影响的基础上，建立了三维的薄膜-衬底体系的激光光热反射理论模型。对利用激光光热反射技术测量薄膜热物性的可行性进行了研究，并对影响调制光热反射信号的材料参数进行了分析。此外，通过数值模拟研究了多参数拟合问题，即利用调制光热反射频响信号同时确定薄膜热扩散率、衬底热扩散率和界面热阻这三个物理参数。结果表明，与已有的径向扫描方法相比，频率扫描方法中的这三个参数之间并不存在高度的相关性，因此采用频响信号进行多参数拟合，可提高多参数拟合的收敛性和精确性。