当人类对物质的认识达到微观原子尺度,各学科面对的物质基础是一样的,这致使传统学科如物理、化学、生物等学科之间的界限已经逐渐消失。物质最基本的结构都是电子绕原子核运动,所以电子作为研究对象,在未来的研究中将仍然是焦点。原子尺度范围的物理过程涉及的时间范围由几个阿秒到几百阿秒。随着阿秒激光技术的发展,使人类可以观测到原子范围内发生的物理过程,所以阿秒科学成为超快光学和强场物理的一个重要研究领域。阿秒科学主要研究阿秒的产生、特性及应用。以氢原子为例,电子绕核运动一周的时间约为152阿秒。如果可以得到阿秒量级的激光脉冲,就可以实现对电子运动的精确操控,也可以对电子运动进行更精确的测量,这使得探索更细微的物理过程成为可能。目前,利用高次谐波产生阿秒脉冲是最有前途的方法之一。高次谐波的研究主要集中在如何提高谐波转换效率和拓展谐波平台方面。高次谐波的产生可由“三步模型”来解释,典型的特征为:随着谐波阶次的增加,谐波强度很快下降,之后出现一个强度基本不变的平台,在平台末端谐波强度会急剧下降,出现截止。目前利用高次谐波产生阿秒脉冲常用的方案有:少周期方案、偏振门方案、双色场方案等。本文的方案是通过三色激光合成一个优化的激光场来驱动原子产生高次谐波,进而获得超连续谱,再通过叠加超连续谱得到单个超短阿秒脉冲。主要内容如下:首先介绍了强激光与原子相互作用的模型及数值求解含时薛定谔方程的方法,以及分析谐波特性的工具,即本文采用半经典模型,把电磁场作为经典场来处理,激光场与原子相互作用过程用量子力学原理来处理。为了精确求解含时演化问题,本文采用伪谱法和分裂算符法,该方法的优点是计算量小,且计算精度很好,能够确保计算结果的准确性。接着本文从经典模型出发,通过控制电子返回与母核复合时间来优化合成一束三色激光场,进而来驱动氢原子发射高次谐波。通过对高次谐波进行时频分析,获得了谐波发射的动力学过程及时频特性,然后通过叠加得到的超连续谐波谱,获得了脉宽为24as的单个阿秒脉冲。本文最后我们把基于氢原子优化合成的三色激光场扩展到氦原子体系,这样做的好处是氦原子有较大的电离能,能够承受更强的激光场作用,电子在激光场中可获得更高的动能,在与母核复合时就可能放出更高能量的光子,进而有可能得到更短的阿秒脉冲。另外,实验上通常以稀有气体为靶原子,扩展到氦原子体系使我们的理论研究更贴近实验。通过数值求解氦原子在组合激光场中的薛定谔方程得到了高次谐波辐射谱,并分析了谐波发射的动力学过程,发现谐波谱与氢原子体系有共同的特性,也展现出了氦原子体系独有的一些新特点。通过叠加优化的三色合成激光场驱动的氦原子产生的超连续谐波谱,得到了脉宽为16as的单个阿秒脉冲,对激光场参数进行进一步优化之后,最终可得到脉宽为10as的阿秒脉冲。