Optical orientation of carrier spins by circularly polarized light is the basic concept and tool of spin physics in semiconductors. We study the optical orientation of electrons and holes in a crystal of the FA0.9Cs0.1PbI2.8Br0.2 lead halide perovskite by means of polarized photoluminescence, time-resolved differential reflectivity, and time-resolved Kerr rotation. At a cryogenic temperature of 1.6 K, the optical orientation degree measured for continuous-wave excitation reaches 6% for localized electrons and 2% for localized holes. Their contributions are distinguished from each other and from exciton optical orientation through the pronounced Hanle effect in transverse magnetic fields and the polarization recovery effect in longitudinal magnetic fields. The optical orientation degree is highly stable against detuning of the laser photon energy from the band gap by up to 0.25 eV, then showing a gradual decrease for detunings up to 0.9 eV. This evidences the inefficiency of spin relaxation mechanisms for free carriers during their energy relaxation. Spin relaxation for localized electrons and holes is provided by the hyperfine interaction with the nuclear spins. Dynamic polarization of nuclear spins is demonstrated by the Overhauser field reaching 4 mT acting on the electrons and −76 mT acting on the holes. This confirms the specifics of lead halide perovskite semiconductors, where the hole hyperfine interaction with the nuclei considerably exceeds that of the electron.

The interference of the incident light reflected from the surface of a medium and from a picosecond strain pulse propagating through it results in temporal oscillations of the reflected intensity. This phenomenon, called time-domain Brillouin scattering, enables us to gain information about the optical field inside the medium. The oscillation amplitude decreases with increase of the distance from the strain pulse to the surface if the incident light is strongly absorbed, while it remains constant if the medium is transparent. Here we exploit time domain Brillouin scattering to probe the optical field inside a multiple quantum well layer for light strongly coupling to excitons and forming polaritons. At low excitation density, we observe conventional Brillouin oscillations whose amplitude is small when the strain pulse is positioned far from the surface due to the strong absorption of polaritons in the vicinity of the exciton resonance. At elevated optical density, the absorption disappears, the medium becomes transparent, and the amplitude of the oscillations does not depend on the distance of the strain pulse from the surface. We explain this effect of polariton-induced transparency by the increase of the incoherent exciton density generated as result of polariton scattering. Finally, the increase of the exciton density leads to transition of the exciton gas to a collective state, resulting in collapse of the polariton state and propagation of the incident light in the medium without absorption.