光吸收是光与物质相互作用的基本方式之一。线性吸收通常发生在自然光和弱光作用下,介质的光吸收系数表现为常数。在作用光强度超过一定值的情况下,介质的吸收系数将不再是常数,而表现为随光强变化的非线性吸收。因此,获得和提高材料的非线性吸收特性及响应特性成为非线性光学材料及器件研究领域的重要课题,而获取材料非线性光吸收及动力学参数是材料性能表征和机制分析的重要前提。目前,测量材料非线性吸收特性的方法主要有Z-扫描和时间分辨吸收光谱技术。考虑到商品化的时间分辨光谱测试设备较为昂贵,并结合本学科研究方向的特点,本论文以飞秒激光放大器和参量放大器（TOPAS）为光源,自行搭建了飞秒Z-扫描装置和飞秒超快光谱装置,包括两套装置搭建的基本思路、光路布局、各光机元件和光电测试器件的时域协同、参数优化及性能测试、以及两套装置在非线性光吸收测试中的应用举例等。本论文工作的具体内容包括如下几个方面:1、首先,对Z-扫描技术进行了介绍。并结合科研需求对飞秒Z扫描装置进行了搭建与调试。飞秒Z扫描装置的搭建主要包含光路设计和控制软件设计两部分。（1）光路设计:飞秒Z-扫描装置的光路主要由400 mm透镜、电控平移台、光阑和光电探测器组成。光束由透镜会聚于样品上,电控平移台控制样品在焦点附近处移动。通过光电探测器实时检测经过样品后光束能量的变化而获得样品的非线性特性曲线。（2）控制程序对数据的采集与处理:该控制软件对于数据采集和处理的实现方式及创新如下。（1）我们利用三个脉冲的平均值作为光束的能量值当平移台每前进一步。这是很好降低系统噪音,提高信噪比的方法。（2）多次单程扫描（+Z方向）取平均,波形图实时显示多次单程扫描后的平均能量值随样品位置的变化。这不仅能很好的降低系统的噪音,还使相关科研人员时刻关注着能量平均值随样品位置的变化情况。（3）通常情况下单程Z-扫描耗时4分钟左右,检测完成后数据自动保存。这节省了科研人员的测试时间,提高了相关科研效率。最后我们使用标准样CS₂对该装置进行了功能测试和验证:该系统装置简单,自动化程度高,能够很好的完成对物质非线性光吸收和折射的检测。2、其次,结合超快光谱原理与科研的需求,对超快光谱装置进行了搭建与调试。超快光谱装置的搭建主要包含光路设计和控制程序设计两部分。（1）光路部分由泵浦光路和探测光路组成。（1）泵浦光路:由光源发出的单色光经过光学延迟线后,被会聚到样品上用来激发样品。（2）探测光路:当800 nm的基频光衰减到1μJ左右时,被聚焦到2 mm厚的蓝宝石（sapphire）片上以产生宽谱的超连续白光。探测光通过透镜作用到样品上并由探测光纤收集并引入光谱仪。（2）控制程序设计对数据的采集与处理上。该控制软件对于数据采集和处理的实现方式及创新点如下:（1）我们在泵浦光光路上利用1/2分频斩波器使其与激光脉冲同步,并将其频率由1 KHz降低为500 Hz。（2）通过光纤将信号光收集并进入光谱仪中。光谱仪的外触发端口与斩波器的500 Hz输出信号同步,光谱仪读取信号光的曝光时间为1 ms。（3）超快光谱检测过程中,平移台每前进一步有1s的停顿时间。分别读取有无泵浦光存在时探测光的强度,并利用读取连续100个吸光度差值求平均来完成对样品的检测。最后我们对飞秒超快光谱装置进行了功能测试和验证:该装置基本满足了设计任务提出的前期指标,实现了预期的基本功能,能够完成对部分样品超快动力学过程的检测。本论文自行搭建了飞秒Z-扫描装置和飞秒超快光谱装置,包括两套装置的光路设计和控制程序设计。Z-扫描装置和超快光谱装置的搭建为我们对物质非线性光吸收特性的研究提供了良好的实验平台。我们通过Z-扫描装置检测物质非线性吸收系数的变化,通过超快光谱检测装置进一步检测物质非线性光吸收特性的光化学和光物理机制。