随着超快激光器技术的进步，飞秒时间分辨光谱得到了空前的发展与应用。由于其超高的时间分辨率，该技术越来越多的被应用于研究飞秒、皮秒量级的物理反应以及化学反应的具体进程，诸如电子激发态的辐射弛豫过程，电子空穴对的分离过程以及物质结构中共价键断裂的过程等。1999年的诺贝尔奖授予研究时间分辨光谱的Ahmed H. Zewail教授，以表彰其利用飞秒时间分辨光谱在化学反应中间态上的研究。论文主要分为以下三个部分：第一部分介绍飞秒时间分辨瞬态吸收光谱系统以及荧光上转换系统的搭建过程。实验室使用100fs，250Hz，2mJ/脉冲的超快激光放大器Solstice发射的800nm的脉冲作为主光源，经过TOPAS或单块BBO倍频晶体调谐后作为激发光，波长范围为300nm-650nm。使用800nm的光聚焦在蓝宝石晶体上可以实现400nm–700nm以及近红外波段的探测，使用800nm倍频光400nm聚焦在蓝宝石晶体上可以实现330nm-380nm之间的光谱探测。同时实验室利用非线性晶体的和频效应搭建了一套荧光上转换装置用来探测物质的单波长荧光动力学。第二部分介绍了利用时间分辨光谱对光合作用反应中心异质叶绿素二聚体的激发态电荷转移特性的研究。光合作用反应中心的色素蛋白质片段成对称分布，但是光合作用的电荷分离每次仅仅走其中的一条蛋白质通道。我们选择了光合作用电荷分离的起点，同质的叶绿素二聚体，变异为异质的叶绿素二聚体，使起始的叶绿素对有更强的电荷转移特性。但是更强的电荷转移态并未改变电荷转移的通道，反而降低了电荷分离的产率。同时证实了叶绿素对的分子内电荷转移态与局域激发态之间存在强耦合作用，两者的分布权重与激发波长无关。第三部分研究了螺吡喃开环体的两步闭环过程。螺吡喃分子是一类研究光致异构化的模型分子，近些年由于其具有作为分子器件（光敏分子开关）的潜力得到了越来越多人的注意，最新的研究进展包括基于螺吡喃分子的三维数据存储以及药物释放等。螺吡喃开环体常见的有TTC与TTT两种同分异构体，而前者是溶液中稳定存在的形式。实验选择开环体更稳定的6-硝基-8-溴-吲哚啉螺吡喃进行了时间分辨光谱实验。结果发现受光照射1.4ns后，原先吸收峰蓝移60nm的位置处出现了一个新的吸收峰，而这个新的吸收峰寿命小于10ns，这排除了三线态的可能。综合之前文献报道的TTT较TTC的蓝移现象，我们判断新形成的吸收峰来源于中间态TTT构象的形成，即开环体TTC首先异构形成TTT构象，继而闭环形成螺吡喃闭环体。同时我们又对螺吡喃开环体进行了溶剂依赖的研究，结果发现螺吡喃开环体闭环的量子产率是与溶剂粘度有关的。溶剂的粘度越大，闭环的效率越高。了解这些螺吡喃开环体闭环的基本过程对今后研发高速响应的分子开关提供了物理机制上的理解，同时了解溶剂依赖的闭环反应也有利于我们今后更好的利用溶剂调控基于螺吡喃药物的释放。总之，研究这些基本的物理过程，对今后制造光致异构化的器件研究有着积极的意义。