飞秒脉冲激光由于其脉冲持续时间短、峰值功率高等特点,已成为揭示光与物质相互作用的有力工具,被广泛应用于物理,化学和生物学等领域。然而在实际应用中还常需要具有特定形状的飞秒脉冲,例如飞秒双脉冲序列,因此需要对激光器出来的飞秒脉冲进行整形。整形后脉冲间隔和分布都可独立调控的飞秒双脉冲在泵浦-探测、飞秒微加工、量子相干控制、化学反应解读、超短脉冲测量等领域中都有重要应用。本文基于Kogelnik耦合波理论,通过研究飞秒脉冲和啁啾飞秒脉冲通过体光栅的衍射,获得脉冲间隔和脉冲波形均可调控的飞秒双脉冲,并探讨其产生的物理机制。论文的主要研究内容包括:1、研究了飞秒脉冲经体光栅衍射的动态衍射特性。基于Kogelnik耦合波理论,推导了飞秒脉冲通过体光栅衍射的耦合波方程,得到了衍射和透射光场及光强表达式,发现了体光栅的动态衍射特性,能量振荡和脉冲分裂现象,用光波干涉对其进行解释。2、利用飞秒脉冲通过体光栅衍射得到脉冲间隔可调控、脉冲波形相同的飞秒双脉冲。通过求解耦合波方程的通解,发现体光栅内有四个光场,二个透射场和二个衍射场,四个场相干叠加形成两组沿光栅矢量的横向驻波。由于每组驻波纵向传播的局域性,在体光栅输出端的衍射和透射方向都出现了飞秒双脉冲。研究发现飞秒双脉冲间隔与体光栅的厚度和折射率调制度成正比,与光栅周期无关;衍射双脉冲脉宽与入射脉冲的脉宽相同,与光栅参数无关。3、利用线性啁啾飞秒脉冲通过体光栅衍射得到脉宽可调控的飞秒双脉冲。建立了线性啁啾飞秒脉冲通过体光栅衍射的理论模型,获得了脉宽和峰值强度受啁啾参数调控的飞秒双脉冲。研究发现当啁啾参数大于0时,双脉冲同时被压缩;当啁啾参数小于0时,双脉冲同时被展宽,但双脉冲压缩和展宽程度是不同的,由此获得了脉宽不同的飞秒双脉冲。两种情况下,材料色散都使脉冲的压缩和展宽效应增强。