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近年来，自旋电子学以其巨大的应用前景而受到了广泛关注。超快自旋动力学的研究对理解自旋的弛豫机制、自旋-轨道耦合等自旋电子学中的基础问题以及实现更高速的磁记录等自旋电子学应用方面都有着重要意义，因此是自旋电子学研究的一个重要领域。目前对超快自旋动力学的研究主要基于非磁性半导体材料和磁性材料两种体系。作者建立了一套飞秒时间分辨超快磁光克尔表征系统，分别对非磁性砷化镓和磁性铟钴氧这两种材料的光致超快自旋动力学进行了研究。其中系统的建立和优化改善是本文的核心，也是作者博士期间的主要工作。
作者所建立的飞秒时间分辨超快磁光克尔表征系统包括超短脉冲激光、低温磁场、磁光克尔探测三大子系统。整套系统在探测手段上采用泵浦-探测技术，利用磁光克尔原理，研究泵浦脉冲激发之后样品中自旋的超快行为，同时结合低温磁场体系，考察自旋在不同温度、不同磁场条件下的动力学过程，对自旋弛豫、朗德因子和超快磁进动等内容进行表征。
由于自旋的磁光克尔信号本身非常微弱，尤其对于实验中研究的某些磁性样品更是如此，只有对系统进行充分地完善和优化才能够探测到如此微弱的信号。作者主要从提高探测灵敏度和改善信噪比两方面对系统进行了优化和改进。为了提高探测灵敏度，作者采用光桥探测结合差分放大电路，并利用锁相放大技术提取微弱信号；为了降低噪声、增强信号，必须将各个子系统合理地组合起来，并采取一系列改善的措施，包括光源、光路、低温磁场以及最后的探测系统等的优化。经过实验验证，整套系统可以很好地工作，能够表征低温、磁场环境下的超快自旋动力学。经过反复调试和逐步优化，整套系统的探测灵敏度达到1μrad，可以使用波长范围240-2600nm连续可调谐的超短脉冲激光，在温度1.5-300K、磁场0-10T的环境中，探测飞秒至纳秒、分辨率为～50fs的超快自旋动力学过程。
作者利用本系统研究了砷化镓系列半导体材料的超快自旋动力学。不同温度和不同波长激光激发的自旋弛豫幅度的变化，验证了自旋极化的强度取决于光子能量和禁带宽度的差异；不同温度下的自旋弛豫时间表明在高温区D’yakonov-Perel’机制占主导作用；在实验上观测到自旋极化在磁场下的动力学过程，由此计算出朗德g因子；并发现g因子随温度的关系与基于k·p模型的理论计算不一致；第一次系统地研究了探测偏振方向对超快克尔信号的影响，并给出了理论分析，便于不同探测光偏振方向的实验结果进行比照，表明在微弱克尔信号下可以通过这种手段增强信号幅度。
作者首次研究了铟钴氧这种潜在自旋电子学器件材料的超快光致磁动力学过程，在室温、零磁场条件下得到了磁进动的信号，并确认是由于泵浦激光的热效应所致；经过分析发现振荡过程可以分为两个频率振荡的叠加，其中一个快速衰减，衰减时间依赖于样品的氧分压；同时发现这两个振荡信号与面内磁场、温度没有显著的依赖关系。