随着超快超强激光近年来的飞速发展,为人们在极端时间、能量尺度上研究光与物质相互作用提供了有效的工具。凝聚态物理学的一些“旧瓶”也装上了超短时间尺度的“新酒”。例如,超快激光诱导的超快电荷有序金属化相变、超快激光诱导的稀土铁氧化物自旋重取向相变,超短红外脉冲与声子共振诱导结构相变等等;在时间尺度下的非平衡态相变如何用序参量来描述?这一类问题都还未能得到系统性,完整性的解释。本文主要从多铁材料的相变入手,基于飞秒激光泵浦探测技术、光学取向技术、太赫兹时域光谱技术作为手段,研究了多铁及其复合材料中的相变、耦合与调控。开展的研究工作主要有:1)利用飞秒激光泵浦探测技术,对多铁材料Bi Fe O₃以及其A、B位掺杂的薄膜样品中的相变进行了研究。通过研究Bi Fe O₃薄膜的超快电-声耦合和自旋-晶格耦合与温度依赖关系,发现了Bi Fe O₃薄膜的一个隐藏磁相变过程;分别使用1.55e V与3.1e V光子能量的泵浦脉冲研究了Bi Fe_0.5Mn_0.5O₃薄膜在低温下的B位离子磁有序相变,并发现二者分别对应着材料中Mn3+3d与Fe3+3d的d-d电荷转移跃迁;在不同Dy掺杂浓度的BixDy1-xFe O₃薄膜样品中研究了其超快电-声耦合与相干声学声子在单斜-正交准同型相界处的异常。研究结果表明,利用泵浦探测技术能够研究复杂体系中电子、晶格、自旋自由度之间的耦合;在其相互耦合发生相变过程中,超快光谱是一种有效的非接触式的探测手段。2)通过时间分辨的圆偏振光泵浦-克尔/法拉第椭圆偏振光谱探测,研究了多铁薄膜Bi Fe_0.5Mn_0.5O₃与多铁单晶Sm_0.6Fe_0.4O₃中光诱导的圆二向色性。在Bi Fe_0.5Mn_0.5O₃薄膜中基于光学取向的方法,实现了圆偏振光诱导的自旋极化现象;基于不同旋度的圆偏振光,在单晶Sm_0.6Fe_0.4O₃中实现了光诱导的磁化反转,并研究了了时间分辨椭圆偏振光谱与稀土铁氧化物中的自旋重取向的关系。研究结果表明,激光操控多铁材料中的磁有序过程在多铁信息存储系统中存在着潜在的应用价值。3)利用THz时域光谱与光泵浦-THz探测光谱研究了多铁、石墨烯及其复合材料的THz光谱响应,成功实现了对THz透过率的有效外场调制,取得了一系列有意义的研究成果。利用了外加电场对BFO-Si薄膜的THz波透过率进行了调制,设计并制作了一种类似于二极管的THz波宽带调制器件;通过外加气氛与飞秒光激发,研究了CVD生长石墨烯的THz光谱与光诱导THz响应动力学。阐述了氧气吸附对石墨烯THz波响应的影响。通过将铁电极化材料与石墨烯相结合,基于石墨烯-Li Ta O₃结构,利用温度调控Li Ta O₃晶体的极化强度成功实现了外场对石墨烯THz电导率的调制。