近年来，飞秒强激光与团簇相互作用的研究已成为当前科学研究的一个前沿热点。随着超短超强激光技术的迅猛发展，在小型化台式激光系统上，目前已经实现了时间宽度只有几飞秒的超短脉冲激光，激光的可聚焦功率密度达1018-1021W/cm2量级。团簇作为一种特殊的物质形态，尺寸介于气体原子、分子和大块固体之间，兼有气体和固体的特征。团簇在与超短超强激光相互作用过程中，产生高电荷态、MeV离子、keV电子，以及超短X射线辐射等一系列新现象，具有很多潜在的应用价值。1999年，Ditmire等人用D2团簇与飞秒强激光脉冲相互作用，实现了“台式核聚变”，自此以来，如何提高台式聚变效率的众多理论和实验研究方兴未艾。　　 本论文内容涉及低温氢团簇及甲烷团簇的制备和尺寸诊断，飞秒强激光与低温氢团簇及甲烷团簇的相互作用等。主要研究成果总结如下：　　 1.低温氢团簇及甲烷团簇的制备和尺寸诊断。　　 利用高背压低温氢气和高背压甲烷气体经自行研制的气阀和锥形喷嘴向真空超生绝热膨胀来产生团簇，用Rayleigh散射法诊断团簇尺寸及团簇喷流特性的时间特征。得到氢分子团簇(H2)n和甲烷分子团簇(CH4)n喷流中的平均团簇尺寸-n(每团簇所含原子数目)范围在102-104。观察到的(H2)n团簇喷流的瑞利散射信号的时间分辨谱的峰宽明显窄于以往文献报导的结果。　　 2.氢团簇及甲烷团簇与飞秒强激光脉冲相互作用中高能质子的产生。　　 背压在10～35bar范围内的(H2)n分子团簇喷流与脉宽60fs，功率密度约1016W/cm2的激光脉冲相互作用，利用飞行时间谱仪探测到能量高达4.4keV的质子。甲烷团簇喷流与同样条件的激光相互作用，探测到的质子能量高达11keV。并且质子能量随着气体背压的升高，即团簇尺寸的增大而升高。　　 3.最大质子能量对团簇尺寸的相关性研究。　　 首次实验上研究了氢团簇以及甲烷团簇与飞秒强激光相互作用产生的最大质子能量Emax与团簇尺寸rc2的线性关系，线性比例系数分别为0.32和0.75，与理论模拟的结果一致。实验结果同时表明，在此实验条件下，氢团簇、甲烷团簇是纯库仑爆炸的。