เลเซอร์ Ti-sapphireเป็นเลเซอร์ที่ปรับความถี่ได้ซึ่งปล่อยแสงสีแดงและแสงอินฟราเรดใกล้ (700  นาโนเมตร - 1100  นาโนเมตร) ออส ซิลเลเตอร์เลเซอร์ Ti-sapphireใช้ผลึกแซฟไฟร์ที่เจือด้วย Ti เป็นตัวกลางเพิ่มกำลัง และ ใช้ การล็อกโหมดด้วยเลนส์ Kerrเพื่อให้ได้พัลส์แสงที่มีความยาวคลื่นต่ำกว่าพิโควินาที พัลส์จากออสซิลเลเตอร์ Ti:sapphire ทั่วไปมีพลังงานระดับนาโนจูลและอัตราการทำซ้ำ 70-100  เมกะเฮิร์ตซ์ การขยายพัลส์แบบชิปผ่านการขยายแบบสร้างใหม่สามารถใช้เพื่อเพิ่มพลังงานพัลส์ได้ สำหรับการขยาย พัลส์เลเซอร์จากออสซิลเลเตอร์ Ti:sapphire จะต้องถูกยืดออกในเวลาเสียก่อนเพื่อป้องกันความเสียหายต่อเลนส์ จากนั้นจึงฉีดเข้าไปในโพรงของเลเซอร์อีกตัวหนึ่งซึ่งพัลส์จะถูกขยายที่อัตราการทำซ้ำที่ต่ำกว่า พัลส์ที่ขยายแบบสร้างใหม่สามารถขยายเพิ่มเติมได้ในเครื่องขยายสัญญาณแบบหลายทางผ่าน หลังจากขยายสัญญาณแล้ว สัญญาณพัลส์จะถูกบีบอัดอีกครั้งให้มีความกว้างของพัลส์ใกล้เคียงกับความกว้างของพัลส์เดิม

เลเซอร์สีย้อมเป็นเลเซอร์สี่ระดับที่ใช้สีย้อมอินทรีย์เป็นตัวกลางเพิ่มกำลังแสง โดยใช้เลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นคงที่เป็นตัวกระตุ้น เนื่องจากชนิดของสีย้อมที่ใช้แตกต่างกัน เลเซอร์สีย้อมแต่ละชนิดจึงสามารถปล่อยลำแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันได้ ระบบเลเซอร์สีย้อมมักใช้การออกแบบแบบวงแหวน นอกจากนี้ โดยทั่วไปจะมีการรวมองค์ประกอบปรับแต่ง เช่น ตะแกรงเลี้ยวเบนหรือปริซึม ไว้ในโพรงเลเซอร์ ซึ่งจะช่วยให้เฉพาะแสงในช่วงความถี่แคบๆ เท่านั้นที่สามารถเกิดการสั่นพ้องในโพรงเลเซอร์และถูกปล่อยออกมาเป็นแสงเลเซอร์ ช่วงการปรับแต่งที่กว้าง กำลังเอาต์พุตสูง และการทำงานแบบพัลส์หรือแบบต่อเนื่อง ทำให้เลเซอร์สีย้อมมีประโยชน์อย่างยิ่งในการศึกษาทางฟิสิกส์และเคมีหลายด้าน

เลเซอร์ไฟเบอร์มักถูกสร้างขึ้นก่อนจากไดโอดเลเซอร์ จากนั้น ไดโอดเลเซอร์จะส่งแสงเข้าไปในไฟเบอร์เพื่อกักเก็บแสงนั้น สามารถสร้างความยาวคลื่นที่แตกต่างกันได้โดยใช้ไฟเบอร์ที่เจือสาร แสงกระตุ้นจากไดโอดเลเซอร์จะกระตุ้นสถานะในไฟเบอร์ที่เจือสาร ซึ่งจะทำให้พลังงานลดลงและปล่อยความยาวคลื่นเฉพาะออกมา ความยาวคลื่นนี้อาจแตกต่างจากความยาวคลื่นของแสงกระตุ้นและมีประโยชน์มากกว่าสำหรับการทดลองเฉพาะอย่าง

พัลส์แสงความเร็วสูงพิเศษสามารถใช้สร้าง พัลส์ รังสีเอกซ์ได้หลายวิธี พัลส์แสงสามารถกระตุ้น พัลส์ อิเล็กตรอนผ่านปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกและการเร่งความเร็วผ่านศักย์ไฟฟ้าสูงจะให้พลังงานจลน์แก่อิเล็กตรอน เมื่ออิเล็กตรอนกระทบเป้าหมาย พวกมันจะสร้างทั้งรังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะและ รังสีเบร็ มส์สตรัลลุงวิธีที่สองคือผ่านพลาสมาที่เหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ เมื่อแสงเลเซอร์ที่มีความเข้มสูงมากตกกระทบเป้าหมาย มันจะดึงอิเล็กตรอนออกจากเป้าหมาย ทำให้เกิดเมฆพลาสมาที่มีประจุลบ แรงคูลอมบ์ที่รุนแรงเนื่องจากวัสดุที่แตกตัวเป็นไอออนในใจกลางของเมฆจะเร่งความเร็วอิเล็กตรอนกลับไปยังนิวเคลียสที่เหลืออยู่อย่างรวดเร็ว เมื่อชนกับนิวเคลียส จะเกิดรังสีเบร็มส์สตรัลลุงและรังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะ วิธีการสร้างรังสีเอกซ์นี้จะกระจายโฟตอนไปทุกทิศทาง แต่ยังสร้างพัลส์รังสีเอกซ์ระดับพิโควินาที ได้อีกด้วย

เพื่อให้ได้การวัดสเปกโตรสโกปีที่แม่นยำ จำเป็นต้องทราบลักษณะเฉพาะหลายประการของพัลส์เลเซอร์ เช่น ระยะเวลาของพัลส์ พลังงานของพัลส์ เฟสสเปกตรัม และรูปร่างสเปกตรัม^{[ 1 ]}ข้อมูลเกี่ยวกับระยะเวลาของพัลส์สามารถกำหนดได้จาก การวัด ออโตคอร์เรเลชันหรือจากการหาความสัมพันธ์ร่วมกับพัลส์อื่นที่มีลักษณะเฉพาะที่ดี วิธีการที่ช่วยให้สามารถกำหนดลักษณะของพัลส์ได้อย่างสมบูรณ์ ได้แก่การเกตแสงแบบแยกความถี่ (FROG) และการแทรกสอดเฟสสเปกตรัมสำหรับการสร้างสนามไฟฟ้าโดยตรง (SPIDER)

การปรับรูปพัลส์คือการปรับเปลี่ยนพัลส์จากแหล่งกำเนิดในลักษณะที่กำหนดไว้อย่างดี รวมถึงการจัดการแอมพลิจูด เฟส และระยะเวลาของพัลส์ โดยทั่วไปจะใช้ การขยายพัลส์แบบชิป เพื่อเพิ่มความเข้มของพัลส์ ซึ่งประกอบด้วยตัวยืดพัลส์ ตัวขยาย และตัวบีบอัดพัลส์ ซึ่งจะไม่เปลี่ยนแปลงระยะเวลาหรือเฟสของพัลส์ในระหว่างการขยาย การบีบอัดพัลส์ (การทำให้ระยะเวลาของพัลส์สั้นลง) ทำได้โดยการชิปพัลส์ในวัสดุที่ไม่เป็นเชิงเส้นก่อนและขยายสเปกตรัม โดยใช้ตัวบีบอัดเพื่อชดเชยการชิปโดยทั่วไปจะใช้ตัวบีบอัดไฟเบอร์ในกรณีนี้ ตัวปรับ รูปพัลส์มักหมายถึงตัวปรับแสงที่ใช้การแปลงฟูริเยร์กับลำแสงเลเซอร์ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของแสงที่ถูกควบคุม ตัวปรับแสงจะถูกเรียกว่าตัวปรับความเข้ม ตัวปรับเฟส ตัวปรับโพลาไรเซชัน ตัวปรับแสงเชิงพื้นที่ ขึ้นอยู่กับกลไกการปรับ ตัวปรับแสงจะแบ่งออกเป็นตัวปรับแสงอะคูสติก-ออปติก ตัวปรับแสงอิเล็กโทรออปติก ตัวปรับแสงผลึกเหลว ฯลฯ แต่ละชนิดมีไว้สำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน^{[ 2 ]}

การสร้างฮาร์มอนิกสูง (HHG) เป็นกระบวนการที่ไม่เป็นเชิงเส้นซึ่งรังสีเลเซอร์ที่มีความเข้มสูงจะถูกแปลงจากความถี่คงที่หนึ่งไปเป็นฮาร์มอนิกสูงของความถี่นั้นโดยการแตกตัวเป็นไอออนและการชนกันใหม่ของอิเล็กตรอน มีการสังเกตครั้งแรกในปี 1987 โดย McPherson และคณะ ซึ่งประสบความสำเร็จในการสร้างการปล่อยฮาร์มอนิกได้ถึงลำดับที่ 17 ที่ 248  นาโนเมตรในก๊าซนีออน^{[ 3 ]} HHG สามารถมองเห็นได้โดยการโฟกัสพัลส์อินฟราเรดใกล้ที่มีความเร็วสูงและความเข้มสูงเข้าไปในก๊าซเฉื่อยที่ความเข้ม 10 ¹³ –10 ¹⁴ W/cm ²และจะสร้างพัลส์ที่สอดคล้องกันในช่วง XUV ถึงรังสีเอกซ์อ่อน (100–1  นาโนเมตร) ของสเปกตรัม สามารถทำได้ในระดับห้องปฏิบัติการ (ระบบตั้งโต๊ะ) ซึ่งแตกต่างจากสิ่งอำนวยความสะดวกเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระขนาดใหญ่

การสร้างฮาร์มอนิกสูงในอะตอมเป็นที่เข้าใจกันดีในแง่ของแบบจำลองสามขั้นตอน (การแตกตัวเป็นไอออน การแพร่กระจาย และการรวมตัวใหม่) การแตกตัวเป็นไอออน: สนามเลเซอร์ที่มีความเข้มสูงจะปรับเปลี่ยนศักยภาพคูลอมบ์ของอะตอม อิเล็กตรอนจะทะลุผ่านสิ่งกีดขวางและแตกตัวเป็นไอออน การแพร่กระจาย: อิเล็กตรอนอิสระจะเร่งความเร็วในสนามเลเซอร์และได้รับโมเมนตัม การรวมตัวใหม่: เมื่อสนามกลับทิศทาง อิเล็กตรอนจะถูกเร่งกลับไปยังไอออนแม่และปล่อยโฟตอนที่มีพลังงานสูงมาก^{[ 4 ]}

การทดลองสเปกโทรสโกปีที่แตกต่างกันนั้นต้องการความยาวคลื่นกระตุ้นหรือความยาวคลื่นตรวจสอบที่แตกต่างกัน ด้วยเหตุนี้ เทคนิคการแปลงความถี่จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อขยายช่วงการทำงานของแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ที่มีอยู่ เทคนิคการแปลงที่แพร่หลายที่สุดนั้นอาศัยการใช้ผลึกที่มีคุณสมบัติไม่เป็นเชิงเส้นอันดับสองเพื่อทำการ ขยายสัญญาณ แบบพาราเมตริกหรือการผสมความถี่การผสมความถี่ทำงานโดยการซ้อนทับลำแสงสองลำที่มีความยาวคลื่นเท่ากันหรือต่างกันเพื่อสร้างสัญญาณซึ่งเป็นฮาร์มอนิกที่สูงกว่าหรือความถี่รวมของสองความถี่แรก การขยายสัญญาณแบบพาราเมตริกจะซ้อนทับลำแสงตรวจสอบที่อ่อนกับลำแสงปั๊มที่มีพลังงานสูงกว่าในผลึกที่ไม่เป็นเชิงเส้น เพื่อให้ลำแสงที่อ่อนได้รับการขยาย และพลังงานที่เหลือจะออกมาเป็นลำแสงใหม่ที่เรียกว่าไอเดลอร์ วิธีการนี้สามารถสร้างพัลส์เอาต์พุตที่สั้นกว่าพัลส์อินพุตได้ มีการนำวิธีการนี้ไปใช้ในรูปแบบต่างๆ ตัวอย่างเช่นออปติคอลพาราเมตริกออสซิลเลเตอร์ (OPO), ออปติคอลพาราเมตริกแอมพลิฟายเออร์ (OPA), และเครื่องขยายสัญญาณพาราเมตริกแบบไม่ขนาน (NOPA)

วิธีการนี้เป็นวิธีการทั่วไปของการทดลองแบบ 'ปั๊ม-โพรบ' ซึ่งใช้เลเซอร์ แบบพัลส์เพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนในวัสดุ (เช่น โมเลกุลหรือของแข็งกึ่งตัวนำ) จาก สถานะพื้นฐาน ไปยัง สถานะกระตุ้นที่มีพลังงานสูงกว่า แหล่ง กำเนิดแสงโพรบ ซึ่งโดยทั่วไปคือหลอดไฟซีนอนหรือพัลส์เลเซอร์แบบบรอดแบนด์ที่สร้างขึ้นโดยการสร้างซูเปอร์คอนทินิวอัม จะถูกใช้เพื่อหาค่าสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของสารประกอบในช่วงเวลาต่างๆ หลังจากการกระตุ้น เมื่อโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นดูดซับแสงโพรบ พวกมันจะถูกกระตุ้นต่อไปยังสถานะที่สูงขึ้น หรือถูกชักนำให้กลับสู่สถานะพื้นฐานโดยการแผ่รังสีผ่านการปล่อยแบบกระตุ้นหลังจากผ่านตัวอย่างแล้ว แสงโพรบที่ไม่ถูกดูดซับจะเดินทางต่อไปยังโฟโตดีเทคเตอร์เช่น อาร์เรย์ โฟโตไดโอดแบบอะวาแลนซ์หรือ กล้อง CMOSและข้อมูลจะถูกประมวลผลเพื่อสร้างสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของสถานะกระตุ้น เนื่องจากโมเลกุลหรือจุดกระตุ้นทั้งหมดในตัวอย่างจะไม่เกิดพลวัตเดียวกันพร้อมกัน การทดลองนี้จึงต้องดำเนินการหลายครั้ง (โดยแต่ละ "การทดลอง" มาจากการปฏิสัมพันธ์ของพัลส์เลเซอร์ปั๊มและโพรบเพียงคู่เดียว) และข้อมูลจะต้องนำมาหาค่าเฉลี่ยเพื่อสร้างสเปกตรัมที่มีความเข้มและจุดสูงสุดที่แม่นยำ เนื่องจากอาจเกิดการฟอกสีด้วยแสงและปฏิกิริยาทางเคมีแสงหรือความร้อนจากแสงอื่นๆ กับตัวอย่าง วิธีนี้จึงจำเป็นต้องประเมินผลกระทบเหล่านี้โดยการวัดตัวอย่างเดียวกันในตำแหน่งเดียวกันหลายครั้งด้วยความเข้มของพัลส์ปั๊มและโพรบที่แตกต่างกัน ส่วนใหญ่แล้วตัวอย่างของเหลวจะถูกกวนระหว่างการวัด ทำให้การวัดจลนศาสตร์ในช่วงเวลาที่ค่อนข้างยาวนานทำได้ยากเนื่องจากการไหลและการแพร่กระจาย แตกต่างจากการนับโฟตอนเดี่ยวที่สัมพันธ์กับเวลา (TCSPC) เทคนิคนี้สามารถดำเนินการกับตัวอย่างที่ไม่เรืองแสงได้ นอกจากนี้ยังสามารถดำเนินการกับตัวอย่างที่ไม่ส่งผ่านแสงในรูปทรงเรขาคณิตแบบสะท้อนได้อีกด้วย

การดูดกลืนแสงแบบชั่วคราวความเร็วสูงสามารถใช้แสงตรวจวัดได้เกือบทุกชนิด ตราบใดที่แสงตรวจวัดนั้นมีความยาวคลื่นหรือชุดความยาวคลื่นที่เกี่ยวข้อง การใช้โมโนโครมาเตอร์และหลอดโฟโตมัลติพลายเออร์แทนอาร์เรย์โฟโตไดโอดแบบอะวาแลนซ์ช่วยให้สามารถสังเกตความยาวคลื่นตรวจวัดเดียวได้ จึงทำให้สามารถตรวจวัดจลนศาสตร์การสลายตัวของสปีชีส์ที่ถูกกระตุ้นได้ จุดประสงค์ของการตั้งค่านี้คือการวัดจลนศาสตร์ของสปีชีส์ที่ไม่แผ่รังสี และโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประโยชน์สำหรับการสังเกตสปีชีส์ที่มีประชากรที่มีอายุสั้นและไม่เรืองแสงภายในกลุ่มไตรเพล็ตซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางการสลายตัว เลเซอร์แบบพัลส์ในการตั้งค่านี้ใช้เป็นทั้งแหล่งกำเนิดแสงกระตุ้นหลักและสัญญาณนาฬิกาสำหรับการวัดความเร็วสูง แม้ว่าจะยุ่งยากและใช้เวลานาน แต่ตำแหน่งของโมโนโครมาเตอร์อาจถูกเลื่อนเพื่อให้สามารถสร้างโปรไฟล์การสลายตัวของการดูดกลืนแสงได้ ซึ่งในที่สุดก็จะมีผลเช่นเดียวกับวิธีการข้างต้น

ข้อมูลการวัด UTA โดยทั่วไปจะเป็นสเปกตรัมการดูดกลืนที่สร้างขึ้นใหม่โดยเรียงลำดับตามเวลาหน่วงระหว่างปั๊มและโพรบ สเปกตรัมแต่ละอันจะคล้ายกับโปรไฟล์การดูดกลืนแบบคงที่ปกติของตัวอย่างหลังจากเวลาหน่วงของการกระตุ้น โดยมีความละเอียดของเวลาที่ได้จากการคำนวณจากความละเอียดของเวลาปั๊มและโพรบ ความยาวคลื่นของการกระตุ้นจะถูกบดบังด้วยเลเซอร์ปั๊มและถูกตัดออก ส่วนที่เหลือของสเปกตรัมมักจะมีแถบไม่กี่แถบ เช่น การดูดกลืนสถานะพื้นฐาน การดูดกลืนสถานะกระตุ้น และการปล่อยแบบกระตุ้น ภายใต้สภาวะปกติ มุมของการปล่อยจะมีทิศทางแบบสุ่มและตรวจไม่พบในเรขาคณิตการดูดกลืน แต่ในการวัด UTA การปล่อยแบบกระตุ้นจะคล้ายกับเอฟเฟกต์การเลเซอร์ มีทิศทางสูง และตรวจพบได้ หลายครั้งการปล่อยนี้จะทับซ้อนกับแถบการดูดกลืนและจำเป็นต้องแยกส่วนเพื่อการวิเคราะห์เชิงปริมาณ^{[ 5 ]}ความสัมพันธ์และความเกี่ยวโยงกันระหว่างแถบเหล่านี้สามารถมองเห็นได้โดยใช้การวิเคราะห์ความสัมพันธ์แบบสองมิติ ทางสเปกโทรสโกปีแบบคลาสสิ ก^{[ 6 ]}

สเปก โทรสโกปีโฟ โตอิเล็กตรอนแบบ เวลาจำเพาะ (Time-resolved photoelectron spectroscopy) และ สเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอน แบบสองโฟตอน (Two-photon photoelectron spectroscopyหรือ 2PPE) เป็นการผสมผสาน ระหว่างวิธีการกระตุ้นและตรวจวัด (pump-probe scheme) กับการปล่อยโฟโตอิเล็กตรอนแบบมุมจำเพาะ (angle-resolved photoemission) โดยใช้พัลส์เลเซอร์แรกกระตุ้นวัสดุ จากนั้นใช้พัลส์เลเซอร์ที่สองทำให้ระบบแตกตัวเป็นไอออนพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนจากกระบวนการนี้จะถูกตรวจจับด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การทำแผนที่พลังงาน การวัด เวลาบินเป็นต้น ดังที่กล่าวมาข้างต้น กระบวนการนี้จะถูกทำซ้ำหลายครั้ง โดยมีช่วงเวลาหน่วงที่แตกต่างกันระหว่างพัลส์ตรวจวัดและพัลส์กระตุ้น ซึ่งจะสร้างภาพแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลคลายตัวอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป วิธีการที่แตกต่างออกไปนี้จะศึกษาไอออน บวก ที่เกิดขึ้นในกระบวนการนี้ และเรียกว่า สเปกโทรสโกปีโฟโตไอออนแบบเวลาจำเพาะ (Time-resolved photo-ion spectroscopy หรือ TRPIS)

ด้วยหลักการเดียวกันกับที่บุกเบิกโดย การทดลอง 2D-NMRทำให้สามารถทำการสเปกโทรสโกปีแบบออปติคอลหรืออินฟราเรดหลายมิติได้โดยใช้พัลส์ความเร็วสูง ความถี่ที่แตกต่างกันสามารถตรวจสอบกระบวนการไดนามิกของโมเลกุลต่างๆ เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างการขยายเส้น สเปกตรัมแบบไม่สม่ำเสมอและแบบสม่ำเสมอ รวมถึงระบุการเชื่อมโยงระหว่างการเปลี่ยนผ่านทางสเปกโทรสโกปีที่วัดได้ หากออสซิลเลเตอร์สองตัวเชื่อมโยงกัน ไม่ว่าจะเป็นการสั่นภายในโมเลกุลหรือการเชื่อมโยงทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างโมเลกุล มิติที่เพิ่มเข้ามาจะช่วยแยกการตอบสนองแบบไม่เป็นเชิงเส้นที่ไม่สามารถระบุได้ในสเปกตรัมเชิงเส้น ลำดับพัลส์ 2D ทั่วไปประกอบด้วยพัลส์เริ่มต้นเพื่อกระตุ้นระบบให้เข้าสู่สถานะซ้อนทับที่สอดคล้องกัน ตามด้วยพัลส์ที่สองที่เป็นเฟสคอนจูเกตซึ่งผลักดันระบบไปสู่สถานะกระตุ้นที่ไม่สั่น และสุดท้าย พัลส์ที่สามที่แปลงกลับไปสู่สถานะที่สอดคล้องกันซึ่งสร้างพัลส์ที่วัดได้^{[ 7 ]}จากนั้นสามารถบันทึกสเปกตรัมความถี่ 2 มิติได้โดยการพล็อตการแปลงฟูริเยร์ของความล่าช้าระหว่างพัลส์แรกและพัลส์ที่สองบนแกนหนึ่ง และการแปลงฟูริเยร์ของความล่าช้าระหว่างพัลส์การตรวจจับเทียบกับพัลส์ที่สามที่สร้างสัญญาณบนแกนอื่น สเปกโทรสโกปี 2 มิติเป็นตัวอย่างของ การทดลอง ผสมคลื่นสี่คลื่นและเวกเตอร์คลื่นของสัญญาณจะเป็นผลรวมของเวกเตอร์คลื่นตกกระทบสามตัวที่ใช้ในลำดับพัลส์ สเปกโทรสโกปีหลายมิติมีอยู่ในอินฟราเรด^{[ 8 ]}และรูปแบบที่มองเห็นได้ รวมถึงการรวมกันโดยใช้ช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน

สเปกโทรสโกปี 2 มิติโดยใช้พัลส์อัลตร้าฟา สต์สามารถรวมเข้ากับวิธีการทดลองเสริมเพื่อกำหนดลักษณะของระบบที่กำลังศึกษา การวัด โฟโตอิเล็กโทร เคมี ของคอมเพล็กซ์สังเคราะห์แสงมีความสัมพันธ์กับพัลส์อัลตร้าฟาสต์เพื่อกระตุ้นและตรวจสอบโครโมฟอร์ที่เกี่ยวข้องกับ การสังเคราะห์ แสงและเพื่อกำหนดลักษณะกระบวนการถ่ายโอนประจุในศูนย์ปฏิกิริยาสังเคราะห์ แสง ^{[ 9 ]}เนื่องจากการแยกและการถ่ายโอนประจุเป็นกระบวนการสุดท้ายที่เกี่ยวข้องทางชีววิทยา (ตรงกันข้ามกับการกระตุ้นและการผ่อนคลายระดับกลางของโครโมฟอร์) การรวมกันของโฟโตอิเล็กโทรเคมีและสเปกโทรสโกปี 2 มิติ (PEC2DES) สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นรูปแบบหนึ่งของ "สเปกโทรสโกปีแบบแอคชั่น" ^{[ 10 ]}

เทคนิคการถ่ายภาพความเร็วสูงส่วนใหญ่เป็นรูปแบบต่างๆ ของ การทดลอง แบบปั๊ม-โพรบ มาตรฐาน เทคนิคที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การถ่ายภาพการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน^{[ 11 ]} กล้องจุลทรรศน์แบบKerr Gated ^{[ 12 ]}การถ่ายภาพด้วยพัลส์อิเล็กตรอนความเร็วสูง^{[ 13 ]}และ การถ่ายภาพ เทราเฮิร์ตซ์^{[ 14 ]} โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวงการชีวการแพทย์ที่ต้องการเทคนิคการวินิจฉัยที่ปลอดภัยและไม่รุกราน การถ่ายภาพเทราเฮิร์ตซ์เพิ่งถูกนำมาใช้เพื่อระบุบริเวณที่ผุในเคลือบฟันและถ่ายภาพชั้นผิวหนัง นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าสามารถแยกแยะบริเวณมะเร็งเต้านมออกจากเนื้อเยื่อปกติได้สำเร็จ^{[ 14 ]} เทคนิคอีกอย่างหนึ่งที่เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบขยายสัญญาณเข้ารหัสเวลาแบบอนุกรมแสดงให้เห็นว่ามีความสามารถในการตรวจจับเซลล์มะเร็งในเลือดได้เร็วยิ่งขึ้น^{[ 15 ]}การใช้งานอื่นๆ ที่ไม่ใช่ด้านชีวการแพทย์ ได้แก่ การถ่ายภาพความเร็วสูงรอบมุมหรือผ่านวัตถุทึบแสง

การแปลงความถี่ฟลูออเรสเซนซ์แบบเฟมโตวินาทีเป็นเทคนิคแบบปั๊ม-โพรบที่ใช้ทัศนศาสตร์แบบไม่เชิงเส้นเพื่อรวม สัญญาณ ฟลูออเรสเซนซ์และสัญญาณโพรบเพื่อสร้างสัญญาณที่มีความถี่ใหม่ผ่านการสร้างความถี่รวมซึ่งจะถูกตรวจจับในภายหลัง โพรบจะสแกนผ่านช่วงเวลาหน่วงหลังจากที่ปั๊มกระตุ้นตัวอย่าง ทำให้เกิดกราฟความเข้มเมื่อเวลาผ่านไป^{[ 16 ]} การแปลงความถี่ฟลูออเรสเซนซ์ไม่ควรสับสนกับการแปลงความถี่โฟตอน

กระบวนการอัลตราฟาสต์พบได้ทั่วไปในทางชีววิทยา จนกระทั่งมีการพัฒนาวิธีการเฟมโตวินาที กลไกของกระบวนการดังกล่าวหลายอย่างยังไม่เป็นที่รู้จัก^{[ 17 ] [ 9 ]}ตัวอย่างเช่น การเกิดโฟโตไอโซเมอไรเซชันแบบซิส-ทรานส์ของโครโมฟอ ร์เรตินัล ของโรดอปซินพลวัตของสถานะกระตุ้นและประชากรของดีเอ็นเอและกระบวนการถ่ายโอนประจุในศูนย์ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ แสง ^{[ 9 ]}พลวัตการถ่ายโอนประจุในศูนย์ปฏิกิริยาการสังเคราะห์แสงมีผลโดยตรงต่อความสามารถของมนุษย์ในการพัฒนาเทคโนโลยีการเก็บเกี่ยวแสง ในขณะที่พลวัตของสถานะกระตุ้นของดีเอ็นเอมีผลกระทบต่อโรคต่างๆ เช่นมะเร็งผิวหนัง^{[ 18 ] [ 19 ]}ความก้าวหน้าในวิธีการเฟมโตวินาทีมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความเข้าใจปรากฏการณ์อัลตราฟาสต์ในธรรมชาติ

การแตกตัวด้วยแสง (Photodissociation) เป็นปฏิกิริยาเคมีที่สารประกอบทางเคมีถูกทำลายโดยโฟตอน โดยนิยามแล้วคือการปฏิสัมพันธ์ของโฟตอนหนึ่งตัวหรือมากกว่ากับโมเลกุลเป้าหมายหนึ่งตัว โฟตอนใดๆ ที่มีพลังงานเพียงพอสามารถส่งผลกระทบต่อพันธะเคมีของสารประกอบทางเคมีได้ เช่น แสงที่มองเห็นได้ แสงอัลตราไวโอเลต รังสีเอ็กซ์ และรังสีแกมมา เทคนิคการตรวจสอบปฏิกิริยาเคมีได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้กับการแตกตัวของโมเลกุลเดี่ยวได้สำเร็จแล้ว ความเป็นไปได้ในการใช้เทคนิคเฟมโตวินาทีเพื่อศึกษาปฏิกิริยาของโมเลกุลคู่ในระดับการชนกันแต่ละครั้งนั้นมีความซับซ้อนเนื่องจากความยากลำบากในการซิงโครไนซ์เชิงพื้นที่และเวลา วิธีหนึ่งที่จะเอาชนะปัญหานี้ได้คือการใช้สารประกอบแวนเดอร์วาลส์ของกลุ่มโมเลกุลที่ยึดเหนี่ยวกันอย่างอ่อน เทคนิคเฟมโตวินาทีไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การสังเกตปฏิกิริยาเคมีเท่านั้น แต่ยังสามารถนำไปใช้เพื่อมีอิทธิพลต่อกระบวนการของปฏิกิริยาได้อีกด้วย ซึ่งอาจเปิดช่องทางการผ่อนคลายใหม่ๆ หรือเพิ่มผลผลิตของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาบางอย่างได้