周期量级激光脉冲的产生和测量一直是超快激光研究的重要方向。首先,周期量级脉冲是产生孤立阿秒脉冲的重要驱动光源;其次,由非线性光谱展宽技术得到超过倍频程光谱的飞秒激光可以作为中红外波段光学参量放大的种子源;再次,具有宽光谱的周期量级脉冲在瞬态光谱学、计量学、生物和医学等领域有着非常重要的作用。基于以上研究背景,开展周期量级飞秒脉冲研究具有重要意义。本论文基于薄片组非线性光谱展宽技术展开了一系列研究工作,包括周期量级脉冲的诊断测量、载波包络相位锁定、高次谐波和阿秒脉冲地产生。论文的主要研究内容和创新性成果如下:介绍了一种通过多片薄的固体介质展宽光谱的方案,避免了传统固体材料中由于自聚焦引起的电离或其他高阶非线性效应,对脉冲和其相干性的破坏。实验中将重复频率1 kHz、单脉冲能量1.0.8 mJ、脉冲宽28 fs、中心波长800 nm的飞秒脉冲通过7片100μm厚的熔石英薄片进行非线性光谱展宽,得到了一个倍频程的光谱展宽结果,并使用啁啾镜进行脉冲压缩,最终得到5.4 fs的脉冲压缩结果。基于钛宝石激光系统,通过倍频得到125μJ、中心波长400 nm的飞秒激光,经过6片100 μm厚的熔石英薄片进行非线性光谱展宽,得到了覆盖365～445 nm的连续光谱输出。此外,对1030 nm中心波长的Yb光纤激光器输出的200kHz高重频飞秒脉冲进行光谱展宽,使用4片厚度分别为600μm、600 μm、400 μm、600 μm的熔石英薄片,将40 fs的脉冲压缩至18.5 fs;2.使用神经网络算法实现了对瞬态光栅频率分辨光开关法（TG FROG）行迹图反演计算过程的学习。通过卷积神经网络算法对理论计算得到的周期量级脉冲TG FROG行迹图和时域脉冲进行有监督的学习,建立了 TG FROG行迹图与其对应脉冲时间形状和相位的关系。学习后的卷积神经网络模型极大降低了传统迭代算法的时间消耗。模型学习结果与原数据表现出高相似度,证明了通过神经网络算法能够实现精确的TG FROG行迹图反演计算;3.基于f-2f法实现了倍频程光谱载波包络相位（CEP）的锁定。实验上使用薄片组将重复频率1 kHz、28fs、单脉冲能量0.8mJ的脉冲展宽得到倍频程光谱（480～980 nm）,通过f-2f法测量CEP信息,并使用反馈电路对放大器内棱镜插入量进行控制,在振荡器快环锁定的基础上,实现了放大器输出脉冲CEP的锁定,在3 ms积分时间下,锁定结果为346 mrad。同时对空芯光纤和白宝石产生的超连续谱CEP进行了锁定,结果分别为540 mrad和570 mrad;4.基于高次谐波产生的半经典理论,利用经典计算推导计算出了阿秒脉冲的本征色散,结合金属膜的色散特性理论上对阿秒脉冲的本征色散进行补偿,压缩阿秒脉冲的宽度。计算了阿秒脉冲中心光子能量在98、120、170eV处的本征色散和多种金属膜色散特性,通过本征色散与金属膜色散匹配,选择合适的阿秒脉冲产生和压缩方案。在强场近似条件下通过求解一维含时薛定谔方程计算产生了高次谐波的连续光谱,同时将阿秒脉冲的本征色散与金属膜色散进行匹配,结果显示在120 eV中心光子能量处产生高次谐波连续谱时,使用150 nm厚的钼膜可高效产生38 as的孤立阿秒脉冲。