飞秒激光脉冲所特有的超短脉冲持续时间和超高峰值功率的特点,为人类进一步认识超快现象提供了先进的测量手段,同时也为微纳结构材料的制备提供了一种全新的方法和工具。由于高速度、大容量信息技术发展的需求,全光开关、全光存储以及全光逻辑器等光无源器件引起了国际学术界的广泛关注,新型、高性能非线性光学材料的开发和利用对相关技术的发展起着关键的支撑作用。因此,研究飞秒激光与非线性光学材料之间的相互作用机理具有重要的科学意义和应用价值。飞秒激光诱导光Kerr效应是目前探索非线性光学材料特性的重要手段之一。本论文采用飞秒激光诱导光Kerr效应技术对铋硼氧化物玻璃、酞菁铅以及C₆₀掺杂有机-无机杂化体材料在30fs超短脉冲作用下的超快响应及其作用机理进行研究,并与200fs较长脉冲作用下的超快响应和作用机理进行对比,取得了如下研究成果:1.30fs激光诱导光Kerr效应测得CS₂分子再取向的响应时间约为1.6ps,其光Kerr信号强度随泵浦光与探测光的偏振方向之间的夹角θ呈周期性变化,周期为π/2。证实了对于CS₂,30fs激光诱导产生的光信号主要起源于光致双折射效应,即光Kerr效应。2.PbPc掺杂有机-无机杂化体材料的超快响应时间优于85fs,为目前在金属酞菁中所观察到的最快响应时间。响应曲线包括一个快响应过程和一个慢响应过程,且以快响应过程为主。由于PbPc染料浓度低,仅为0.12wt.%,因此相同条件下Kerr信号强度只有CS₂的1/4,要进一步提高Kerr信号的强度,必须设法增加样品的掺杂浓度。3.PbPc掺杂有机-无机杂化体材料的光Kerr信号强度与泵浦/探测光偏振方向夹角的关系曲线表明,30fs激光诱导时PbPc材料所产生光信号以Kerr信号为主;由瞬态光栅所引起的自衍射效应虽然存在,但只占很小的比例。这与200fs激光诱导时PbPc材料产生的光信号主要来源于瞬态光栅所引起的自衍射效应有着本质的区别。研究表明,不同脉冲宽度的激光诱导时,其信号形成的物理机制有着本质的区别。4.C₆₀掺杂有机-无机杂化体材料与PbPc掺杂有机-无机杂化体材料有着相同的光诱导信号特征;30fs脉冲激光诱导所测得三阶非线性系数比用200fs脉冲激光诱导所测得三阶非线性系数小一个数量级,原因在于200fs激光脉冲诱导时瞬态自衍射效应使得泵浦光的部分能量转移到探测光方向,使得探测到信号强度较大。进一步说明了用不同脉冲宽度的激光诱导富勒烯及其衍生物体材料时,诱导光信号产生机理有所不同。30fs脉冲激光诱导产生的信号主要源于光致双折射效应,由此测得的三阶非线性系数更能准确反映材料的非线性特性,这对进一步研究提高富勒烯及其衍生物的三阶非线性系数具有实际的指导意义。5.BI氧化物玻璃的响应时间为90fs,是目前在非线性光学玻璃中观察到的最快响应时间。超快响应时间的对称性表明BI响应了激光脉冲的宽度。偏振依赖特性实验表明,BI氧化物玻璃的Kerr效应是较单一的电子响应,这一特点表明这类非线性玻璃材料具有优良的超快光开关品性。6.利用飞秒激光瞬态相干方法在偶氮薄膜和金铬薄膜上成功诱导出微光栅结构;研究了飞秒激光脉冲宽度对诱导微光栅结构的影响。实验证明这种方法有望成为在难加工材料上制备周期微结构的一种有效方法。7.通过利用飞秒激光辐照ZnO多晶材料,在材料表面成功诱导出规则的纳米周期结构。且微结构的周期由波长决定,与辐照能量大小无关;辐照能量大小对形成的纳米结构形状有很大影响;纳米结构的取向与诱导激光的偏振方向有关,通过调整激光偏振方向可以有效控制纳米结构的取向;通过表面扫描方式,在ZnO多晶材料表面诱导制备了大面阵的规则排列的ZnO纳米结构。