随着激光脉冲能量放大技术和脉宽压缩技术的发展，超强、超短激光脉冲可聚焦光强已达到1022 W/cm2以上，如此强的光强已远远超过原子内部场强对应的光强。即使一般的商品化飞秒脉冲激光器，其输出脉冲可聚焦光强也很容易超过1014 W/cm2。这样的激光脉冲如果与发生物质相互作用，原子或分子库伦势场会被外激光场扭曲，势垒会被压低，电子将以一定的几率穿过势垒，发生隧穿电离。电子一旦电离以后，原子内部库伦势对电子作用基本可忽略，电子可以被当作自由电子，其在激光场中运动可用经典的牛顿方程描述。当电子在激光场驱动下返回与母核发生散射时，会产生诸多的非线性现象，例如背向散射、高次谐波、非顺序双电离、阈上电离等。其中作为广泛应用的是，当电子在激光场作用下运动，有可能返回与母核复合，会辐射出频率为基频光奇数倍的光子，此即高次谐波。　　通常地，产生高次谐波的驱动光源是Ti:sapphire产生的800nm近红外激光。然而，随着光参量放大(OPA)与光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的发展，高强度的中红外飞秒激光光源在实验上已成为可能。由于高次谐波谱截止区频率正比于驱动光波长的平方，利用长波长的中红外驱动激光与气体介质相互作用，高次谐波截止区很容易拓展到keV甚至数个keV，到达X射线波段。不幸的是，理论和实验研究结果均表明，高次谐波产率随着驱动激光波长增大而急剧下降。为此，需要探索各种相位匹配技术、波形整形等用于不断提高高次谐波的产率。　　关于波形整形，双色场方案是最常用的方案。通过在基频场上叠加一个倍频场，改变双色场的延时可以改变驱动电场波形，从而控制各个半光周期内高次谐波的辐射。利用这种方案，可以有效地对电子轨道进行择优选择，从而在亚光周期时间尺度内控制电子动力学过程。本文主要研究了多光周期中红外激光驱动垂直偏振双色场下高次谐波的辐射，通过在二维平面内控制电子运动及其与母核的复合，发现相比于传统的800nm近红外激光，在中红外激光驱动下的电子在激光场中运动的时间更长，高次谐波辐射相位也增大，导致谐波频率调制更明显，频率移动在光谱上更容易观测。此外，即使驱动光是多光周期的，在特定延时下电子可返回轨道数大量减少，有利于产生孤立阿秒脉冲。基于以上工作，本论文的主要研究成果以及创新点如下:　　1.研究了在多光周期中红外驱动激光垂直偏振双色场中高次谐波的产生，发现高次谐波谱随着双色场延时有频率调制现象。通过分析不同级次谐波的频率调制，我们能够分别确定谐波内禀相位和传播过程中自相位调制引起的频率调制贡献。理论模拟表明这一现象是由于电子受到垂直偏振双色场的控制，通过改变延时能控制高次谐波的相干辐射过程，实现谐波的精细调谐。该工作为我们提供了一种简单的方法，能够在亚光周期时间尺度内能够对高次谐波光谱进行动态地精细调谐。　　2.从理论上提出了一种新的方案，利用中红外多光周期垂直偏振双色场驱动下产生高次谐波，发现在某些光谱区域内会出现准连续谱的“驼峰”，这些“驼峰”对应的谐波强度比相邻的正常平台区谐波高一个数量级。经典的电子轨道分析和时频分析表明这些“驼峰”对应于电子的单次碰撞复合，选取这些“驼峰”可以产生高强度、高对比度的单个阿秒脉冲。考虑宏观传播后，发现在松聚焦情况下，这些“驼峰”仍然存在。因此，本方案可以在大能量泵浦、松聚焦实验条件下，利用长波长的中红外激光产生高强度的keV以及数keV的孤立阿秒脉冲。