随着现代信息技术产业的不断发展,基于传统半导体材料的电子产品元器件的尺寸已经达到纳米尺度,越来越接近摩尔定律预期的极限。因此,进一步降低器件的尺寸将受到量子效应的限制。在这种背景下,自旋电子学提出利用电子的自旋自由度存储和处理信息,它有望成为下一代信息存储技术。在自旋电子学中,信息的操控和存储也需要很高的速度,一个典型的例子就是磁随机存储器。由于百飞秒量级的时间分辨率,飞秒脉冲激光的出现为实现快速磁性操控提供了可能性。在1996年,E.Beaurepaire等人第一次在铁磁金属中报道了飞秒激光能够在皮秒尺度下诱导磁矩降低,这一报道开启了超快磁性领域。目前,虽然已经有大量文章报道了各种材料的光控磁现象及其物理机制,但是这些物理机制中仍然存在争议,有些甚至相互矛盾。另外,自旋电子器件在信息处理领域内实现大面积推广应用仍然存在很多技术上的问题。因此不管是从基础研究或者从技术应用角度来讲,仍然十分有必要对这个领域进行更深入地研究。本论文中以不同类型的铁磁性材料(如磁性复杂氧化物La0.7Sr0.3MnO3以及过渡族金属合金CoFeB)为主要研究对象,利用超快泵浦-探测技术对自旋自由度在皮秒一纳秒尺度上的动力学行为进行直接研究。另外,由于自旋以电子为载体且物质中的不同准粒子之间具有关联性。在不同的材料体系中研究自旋行为必然会涉及到其他不同的准粒子(如极化子、声子、激子等)。因此本论文也同时研究了涉及到的准粒子的动态过程,这有助于间接地理解调控电子自旋的物理机制。具体来讲,本论文的研究成果可以主要概括为以下几个方面:以激光脉冲沉积方法制备的高质量的磁性复杂氧化物La0.7SrO3Mn03为研究对象,利用时间分辨磁光克尔效应手段,揭示了在La0.7Sr0.3MnO3薄膜中超快退磁化过程强烈依赖于轨道取向。同时,通过调节探测光的偏振面方向以及旋转样品来保证检测不同空间方向的退磁化过程,我们实现了在超快时间尺度上对磁矩的增强和减弱调控。在考虑到材料中的各向异性自旋轨道耦合作用之后,我们近一步构建了一个清晰的物理模型来解释轨道依赖的超快自旋调控现象。以磁控溅射方法制备的过渡族铁磁金属CoFeB薄膜为研究对象,我们分别研究了超快激光的瞬态热效应对垂直和面内磁各向异性薄膜的磁化进动过程的影响。研究结果表明:在面内磁各向异性的CoFeB薄膜中,本征阻尼阻尼因子随着热效应的增加而极大地增加,而有效退磁场则基本不受激光热效应的影响;对于垂直磁各向异性CoFeB薄膜,本征阻尼因子则基本不随激光的功率变化,相反,有效磁各向异性场则随着激光功率的增加而明显减小。这个研究结果指出激光的热效应对不同厚度的薄膜的磁动力学过程的影响是不一致的,因此我们需要区别对待。这部分内容主要研究了除电子自旋以外的几种准粒子的动力学过程。涉及到的材料分别有磁性氧化物La0.7Sr0.3MnO3以及单层过渡族金属硫化物MoSe2。在不同厚度的La0.7Sr0.3MnO3薄膜中,我们发现由Jahn-Teller效应导致的极化子与泵浦光激发产生的声学声子存在耦合行为。具体来讲就是当极化子吸收强度增加时,相应的声学声子幅度降低或被抑制。单层MoSe2样品中,我们利用时间分辨微区反射谱技术对小结构样品的激子动力学过程进行了详细研究。研究结果表明不同时间尺度对应的弛豫过程存在相互耦合。例如:在激子-激子湮灭过程中同时也需要考虑缺陷态对激子的俘获行为。与此同时,我们发现通过改变泵浦激光的功率密度可以调节二者之间的耦合强度:当激子浓度较高时,缺陷态会被占据饱和,从而无法对激子-激子过程起到辅助作用,二者之间的关联性消失。