自旋电子学主要研究如何在固体中有效的控制电子的自旋自由度，希望利用自旋自由度取代或结合传统电子器件中的电荷自由度，从而实现新型的自旋电子学器件来代替传统的电子器件。然而，真正利用半导体的自旋自由度实现自旋电子器件还有很长的路要走。原因在于半导体自旋电子学中电子自旋的极化、探测、弛豫和输运等基本问题尚需进一步的深入研究。近年来，超短激光脉冲技术的发展为人们研究光与物质相互作用的微观过程提供了高的时间分辨工具，本文利用该技术围绕自旋电子学的自旋极化、相干及弛豫等基本问题进行了研究，具体如下： 第一，研究了常温与低温下本征GaAs导带中各能级带填充效应和带隙重整化效应的相互竞争，发现带底附近有明显的饱和吸收现象，然而高过超能量态带隙重整化效应强于带填充相应，出现吸收增强现象，并且能量越高吸收增强现象越明显。理论模拟结果和实验结果很好的符合。 第二，发展了高过超能量态圆偏振光抽运-探测光谱的理论模型。理论上给出了导带中非简并二能级系统的电子自旋极化度定义。发现实验量子拍的振幅不仅仅依赖于电子初始自旋极化度，而是依赖于电子初始自旋极化度与自旋探测灵敏度及带填充因子三者的乘积。基于此模型的模拟计算表明导带底的电子初始自旋极化度仅约10％，但电子初始自旋极化度随电子过超能量单调快速递增。当过超能量仅大于30 meV时，电子初始自旋极化度即可达100％，表明GaAs基自旋电子器件应该工作在较高的过超能量态。 第三，研究了电子自旋相干和电子弛豫动力学的能量演化。计算表明量子拍相位在1.56eV处翻转1800的现象起源于轻空穴价带-导带跃迁强度超过重空穴价带—导带跃迁强度。发现从重空穴价带—导带跃迁探测到的电子g因子与从轻空穴价带—导带跃迁探测到的电子g因子随过超能量服从不同的线性关系，从而说明kp理论的不完善性。发现自旋极化对电子弛豫动力学具有显著的影响。仅在导带底附近测量时，利用时间分辨圆偏振光和线偏振光抽运—探测光谱测试到的电子寿命一致，而在高过超能量电子态测量时，两种方法测试到的电子寿命不一致。 第四，研究了GaAs及其量子阱中电子自旋极化度和弛豫时间的浓度依赖。在GaAs量子阱的研究中发现，强散射极限下，载流子浓度比较低，DP项的一次方项起主要作用，由于散射对非均匀扩展的抑制增强，自旋弛豫时间增大。然而，当载流子浓度足够大时，DP项的三次方项起主要作用，由于非均匀扩展和BAP机制的增强，自旋弛豫时间随载流子浓度的增大而减小。发现体GaAs导带底附近电子初始自旋极化度小于通常认为的0.5，并且电子初始自旋极化度和自旋弛豫时间均随光注入载流子浓度的增大而减小，但该现象并非起源于以前认为的带隙重整化效应。体GaAs中随载流子浓度的增大BAP机制增强直至起主导作用，电子自旋弛豫增强。