自从巨磁电阻效应(GMR)被发现以来，电子自旋研究成了国际上一个新的研究热点，逐渐形成了一个新的学科-自旋电子学(Spintronics)。为了发展具有放大功能的自旋晶体管，实现自旋器件的集成制造并与传统微电子器件的一体化集成，世界各国投入了大量的人力、物力对半导体自旋电子学领域开展了广泛的研究，期待发展体积小、速度快、功耗小的新一代半导体自旋电子器件。半导体中电子自旋成为自旋电子学的研究重点。　　 在实现半导体自旋电子器件的诸多前提条件中，足够的自旋输运尺度是其中的重要条件之一。而自旋输运尺度是由自旋弛豫时间、自旋扩散系数(D.)和自旋迁移率(μ3)所决定的，所以，研究测定自旋扩散系数和自旋迁移率的实验方法，测定半导体材料自旋扩散系数和自旋迁移率，研究影响电子自旋扩散和自旋迁移率的各种因素，都具有潜在的理论意义和应用价值。　　 本文利用超快激光泵浦-探测试验技术，以GaAs半导体及其量子阱中电子自旋扩散作为主要研究对象，探讨电子自旋扩散的动力学过程，研究自旋扩散系数的测量方法，测定GaAs半导体及其量子阱中自旋极化电子的扩散常数，分析自旋库仑拖拽效应、激发空穴等因素对半导体电子自旋扩散动力学过程的影响。具有创新性的主要成果如下:　　 第一，利用自旋光栅衍射方法研究了量子阱中单带电子自旋扩散的动力学过程，测定了室温条件下本征GaAs多量子阱的电子自旋扩散系数，分析自旋光栅衍射信号弱、信噪比低的原因，提出进一步发展自旋光栅技术的迫切要求。　　 第二，发展了自旋光栅局部采样圆二色饱和吸收光谱技术及其实验原理。用聚焦的细圆偏振光束作为探测光束，探测由于自旋光栅退化所引起的圆二色饱和吸收信号的变化，导出了自旋光栅的圆二色饱和吸收衰减动力学的理论模型，并应用此技术研究了n-GaAs在室温下的电子自旋扩散输运，测得电子自旋扩散系数D.约为201cm2/s。提出了利用瞬态自旋光栅的漂移实验测量电子自旋迁移率的方案。　　 第三，发展了探测光周期采样的自旋光栅圆二色饱和吸收光谱技术及其实验原理。这种方法采用周期与自旋光栅相同、取向与自旋光栅平行且与自旋光栅紧密地相互靠近的透射光栅，当透射光栅各透光狭缝正对自旋极化度极值时，分别用左旋圆偏振探测光和右旋圆偏振探测光探测自旋光栅极化度极值处的自旋向上和自旋向下电子浓度衰减过程，由此获得有关自旋光栅衰退的信息。用这种方法研究了室温条件下本征GaAs多量子阱的电子-空穴双极扩散和电子自旋扩散得动力学过程，测量了本征GaAs多量子阱的双极扩散系数和自旋扩散系数。　　 第四，发展了一种时-空分辨泵浦-探测光谱方法及其理论。泵浦和探测光束各自通过由完整聚焦透镜平分而成的两个半透镜之一，聚焦于重叠的焦平面(样品)上。使通过泵浦光束的半透镜沿垂直于光束方向作高分辨扫描，则可实现探测光斑与泵浦光斑在焦平面上的高分辨线性扫描。首次将这一实验技术应用于本征GaAs星子阱中电子自旋双极扩散输运的实验研究，测量了室温下本征GaAs量子阱中的“自旋双极扩散系数”Das，小于文献报道的用自旋光栅方法测得的自旋扩散系数，显示了空穴对电子自旋波包的扩散输运的影响。　　 第五，发展了透射光栅调制泵浦-探测实验技术及其实验原理。在透射光栅紧密贴近待测样品的条件下，利用通过透射光栅各狭缝的泵浦光和探测光对样品上与狭缝正对区域进行泵浦-探测实验。这种方法克服了传统的空间分辨泵浦-探测实验方法中高度聚焦和精密扫描所带来的技术困难。建立了矩形脉冲分布的的自旋极化电子的扩散动力学理论模型。测定了本征GaAs体材料中电子的双极扩散系数和自旋双极扩散系数。　　 总之，本文发展了一系列探测电子自旋扩散现象的实验方法和实验原理，并应用于研究GaAs及其量子阱中电子自旋扩散的动力学过程，为进一步探索材料的电子自旋扩输运性质提供了有价值的参考。