飞秒激光和超快光谱的发展使我们能够产生并直接检测相干声子的振荡模式。人们利用超短光学脉冲泵浦-探测技术对半导体、金薄膜、多重量子阱和异质结中激发的相干声学声子(Coherent Acoustic Phonons,CAPs)进行了大量研究。飞秒泵浦脉冲在样品表面被吸收,从而在样品表面上产生相干声子。由于相干声子与电子或激子态之间的相互作用,导致材料的折射率和反射率被调制。因此,可以通过监测时间延迟探测光的反射或透射来检测相干声子的瞬态信号。这种技术可以提高CAPs在无损检测方面的潜在应用。同时,CAPs的振荡信号在检测不同界面层材料的厚度、声速测量以及研究一些材料的光学、声学特性等方面有重大意义。我们的研究结果有助于理解GaAs晶体中的超快声子动力学。本论文研究的主要内容如下:(1)设计并搭建了瞬态反射式泵浦-探测光学系统,并在该系统中引入显微测试系统(科勒照明);然后利用该显微系统对CdSSe纳米带样品进行表征和待测位置的标注;最后以此样品为标样,以此来确定泵浦-探测光学系统的零点,为后面的研究打下基础。(2)利用双色飞秒泵浦-探测光路系统对[100]晶向的GaAs晶体进行超快动力学研究。在高于带隙400nm泵浦光的作用下,在样品表面产生CAP_S波,并向晶体内部传播,然后通过800nm探测光检测反射率的时间分辨相对变化(ΔR/R)。实验结果表明:随着泵浦功率密度增加,GaAs晶体中产生CAP_S幅度和寿命分别增加和减少,而声子振荡频率保持在~44.3GHz不变。同时,我们还解释了GaAs晶体中产生CAP_S的物理机制和啁啾的物理来源。(3)我们对GaAs[100]、[111]和[110]晶向的各向异性进行研究。实验发现具有不同晶向的GaAs单晶的CAPs频率变化基本上由GaAs晶体的弹性各向异性决定。由于[100]与[111]、[110]晶向GaAs具有相反的振荡相位,所以可以很容易地确定晶格应力是拉伸或压缩的。本文利用泵浦-探测技术测试的不同晶向GaAs晶体中CAP_S振荡频率的实验结果和理论计算结果吻合良好。此外,我们还对Si掺杂GaAs的CAP_S振荡信号进行了分析,发现与未掺杂的GaAs相比,掺杂的GaAs布里渊振荡频率略有下降。