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本工作采用飞秒激光脉冲辐照、飞秒激光泵浦.探测和飞秒激光四波混频等技术，研究了飞秒激光作用下Ge2Sb2Te5薄膜相变特性、辐照点形貌特征和Ge2Sb2Te5薄膜超快载流子动力学。
全文主要内容是采用磁控溅射法在K9玻璃基底上制备了Ge2Sb2Te5单层薄膜和结构为ZnS·SiO2/Ge2Sb2Te5/ZnS-SiO2的多层膜；利用X-ray衍射、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)、原子力显微镜(AFM)以及光谱仪等对飞秒激光作用下Ge2Sb2Te5薄膜的相变、辐照点的表面形貌进行了表征和观察；并采用皮秒激光反射率实时测量、飞秒激光泵浦-探测、皮秒激光四波混频和飞秒激光四波混频等技术对Ge2Sb2Te5薄膜非晶化瞬态过程以及薄膜内载流子动力学过程进行了观察和研究。
论文首先综述了从飞秒到毫秒时间范围内材料在激光作用下的载流子动力学过程，飞秒激光在相变材料研究中的应用以及飞秒激光各种超快光谱技术。
在实验中利用飞秒激光多脉冲(800nm，100fs，1kHz，平均功率65mW)辐照非晶态Ge2Sb2Te5薄膜引发其相变。光谱分析和X-ray衍射结果表明在辐照区域内薄膜已经晶化。SEM的观察结果显示飞秒激光多脉冲引发Ge2Sb2Te5薄膜的晶化表面由许多晶化微区构成。而利用飞秒激光单脉冲辐照可在Ge2Sb2Te5单层薄膜表面上形成晶化点和非晶化点。光学显微镜观察结果表明形成的晶化点和非晶化点形状规则，轮廓清晰：TEM进一步观察了Ge2Sb2Te5薄膜表面晶化点和非晶化点的微观形貌并通过SAED确定了它们的晶态和非晶态本质。
观察了飞秒激光和纳秒激光单脉冲在Ge2Sb2Te5薄膜上辐照点的形貌特征，对比了不同脉宽激光形成的辐照点的差异。利用SEM和AFM分析方法，对飞秒激光单脉冲(脉冲能量14nJ～329nJ)作用下Ge2Sb2Te5薄膜上的辐照点进行了详细地表征和分析，研究表明，飞秒激光在Oe2Sb2Te5薄膜上形成的辐照点的形貌特征与激光脉冲能量相关。特别分析了高能量(脉冲平均能量52μJ)飞秒激光作用下薄膜上的辐照点形貌特征。在高能量下，Ge2Sb2Te5薄膜上的辐照点出现了复杂的结构，中心出现剥离，边缘形成了多个不同形貌特征的区域。
利用单脉冲皮秒激光(532nm，20ps)辐照晶态Ge2Sb2Te5薄膜，通过反射率演化实时地观察非晶化动力学过程。非晶化过程与激光能量有明显的依赖性，利用单脉冲皮秒激光可以相对容易地引发晶态Ge2Sb2Te5单层薄膜非晶化，而其逆过程则相对困难。
做为本工作的重点之一，首次利用飞秒激光(130fs，400nm泵浦，800nm探测)泵浦探测技术，对Ge2Sb2Te5薄膜在皮秒时间范围内的载流子动力学进行了研究。具有较低能量的飞秒激光脉冲能够引发Ge2Sb2Te5薄膜的反射率发生变化，通过薄膜反射率的瞬态变化研究了载流子动力学。同时，利用皮秒激光四波混频(20ps，523nm，10Hz)和飞秒激光四波混频(130fs，400nm泵浦，400nm探测，1kHz)技术，通过探测四波混频信号强度随延迟时间的变化进一步研究了Ge2Sb2Te5薄膜的载流子动力学并观察了其非线性响应。相同条件下的研究结果表明，非晶态和晶态Ge2Sb2Te5薄膜的载流子动力学过程是近似的。