利用飞秒激光、结合双光子光电能谱方法对Cu (111)和Cu(775)表面进行了探测；对激光作用于中心对称半导体表面时的面极化极化张量及体极化张量进行了分析；研究了掺杂乙基红(Ethyl Red)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜在全光开关方面的应用。本论文研究的主要内容有：1、利用双光子光电能谱(two-photon photoemission (2PPE))方法在光子能量为3.4-5 eV的范围内,对Cu (111)及邻近Cu (111)晶面的Cu(775)晶面两个样品系统进行了研究。利用飞秒激光的激发时间与电子在镜像态上的存在寿命具有可比性,通过调节光子的能量来探测共振激发时电子的能谱曲线(EDC)。我们在Cu(775)面探测到了一个新的、之前研究中未被发现的中间电子态。2、我们利用角度分辨、可调谐的双光子光电能谱方法去描绘单晶铜的一个空闲体态,这个空闲体态是指位于真空能级下0-1 eV范围内、在L点附近的sp-能带。使用比较强的泵浦源,在实验中我们成功地观察到存在寿命较短的体态。在实验中所观测到的跃迁能量、以及该体态随光子能量(?)ω的分布与紧束缚带结构模型(Tight-Binding Band-Structure Model)的计算结果吻合较好。双光子跃迁的末态能量随激发光子能量(?)ω变化的比例系数为-1.64,不同于之前观测到的铜的n=1和n=2的二维分布的(2D)镜像态能量随激发光子能量(?)ω变化的情况,其比例系数分别为1和2。3、当激光入射到非线性介质时,在界面处的反射光中会产生二次谐波。我们利用m3m和432晶系中心对称晶体的对称特性,在横模激光和纵模激光泵浦非线性介质的情况下,对其(001)及(111)晶面的面极化率张量及体极化率张量的表现形式进行了计算。通过对计算结果的分析并比较这两个平面反射的二次谐波s偏振的各向异性分量的振幅,而把晶面(111)表面对反射二次谐波的贡献分析出来的可能性,这是在相关方面研究中首次对纵模激光场在非线性介质表面导致的极化率张量的分量情况进行的研究分析。4、测量了在氦镉激光(441.6 nm,CW)和半导体激光(532 nm, CW)照射下乙基红掺杂PMMA薄膜的吸收光谱,并且利用克拉默斯-克勒尼希关系(Kramers-Kronig relation,简称k-k变换)对532纳米激光激发样品时的折射率变化进行了模拟。研究了氦镉连续激光(He-Cd)和532纳米的半导体连续激光对乙基红掺杂PMMA薄膜的透射强度的双光束调制。研究表明,乙基红掺杂PMMA薄膜在全光开关方面有潜在的应用价值。5、以乙基红掺杂PMMA薄膜为样品,经斩波调制的半导体激光(532 nm,CW)作为控制光束并以线偏振氦氖激光(632.8nm,CW)作为探测光,测量了在不同功率和不同调制频率的控制光作用下聚合物薄膜样品的全光开关特性,分析了薄膜样品的掺杂浓度和溶剂对全光开关效应的影响。实验结果表明,在室温条件下,利用光功率为8毫瓦和周期为0.66毫秒的控制光,乙基红有机聚合物薄膜具有良好开关响应特性和40%以上的开关调制深度,最大的调制深度达72%；合适的掺杂浓度(2wt%-6wt%)的薄膜样品的开关特性较优,用偶极矩较大的溶剂制备的薄膜样品其全光开关效应较强,并给出了最佳调制深度与控制光功率及调制频率的关系。我们应用一种新的双激发光调制探测光的方法实现了对全光开关调制深度的进一步增大。由于光激发引起的分子取向重构过程的速度要比分子的热迟豫过程的速度快,所以透射光的衰减较快。由此我们可以获得响应时间较短的全光开关,使得全光开关的调制深度近似达到100%。并且,我们获得了高达2000：1的透射光的峰-谷值比率,这个特性对光存储及光显示方面的应用有重要的意义。