近年来，宽带半导体材料倍受人们的关注，其中ZnO由于具有较大的禁带宽度和较高的受激增益等特性，使得人们对其在光信息处理、光储存、集成光学、短波长激光二极管的开发及相关的研究等领域的应用寄予厚望。本文中利用一套基于相位物体（PO）的时间分辨泵浦探测装置，探究II-VI族纤锌矿结构半导体ZnO单晶的光学非线性动力学过程。时间分辨的PO泵浦探测装置可适用于简并和非简并条件下的光学非线性的研究，通过利用不同非线性机制响应时间的差异来区分引起材料非线性响应的机制，并得到半导体非线性材料的非线性系数：双光子吸收系数、非线性折射系数、自由载流子吸收截面、自由载流子折射体积、自由载流子寿命。本文应用PO泵浦测技术分别在简并和非简并条件下研究了半导体材料ZnO的非线性动力学。简并条件下，泵浦光和探测光是通过将激光器出射的同一束激光利用分光镜分束得到的，泵浦光和探测光的波长为532nm，脉宽为21ps。半导体材料在皮秒时域的非线性响应主要由束缚电子效应和双光子吸收引起的自由载流子效应共同决定。开孔时的归一化透过率曲线与双光子吸收、自由载流子吸收截面和自由载流子寿命有关，而闭孔时的曲线与束缚电子克尔折射、自由载流子折射和自由载流子寿命有关。为了观察半导体材料ZnO在不同波长情况下产生的非线性吸收和折射，本论文在非简并条件下，应用泵浦测技术研究了该材料的非线性动力学响应。非简并条件下，利用光学参量产生器（OPG）出射的600nm的激光作为探测光并引入PO泵浦探测装置中，泵浦光的波长仍为532nm。根据非简并的泵浦探测理论，通过数值拟合确定了ZnO在波长为600nm的各个非线性系数。非简并情况下，非简并的双光子吸收和简并的双光子吸收诱导的自由载流子吸收共同作用产生了非线性吸收。而非线性折射则为非简并束缚电子克尔效应和自由载流子折射共同作用的结果。
