自上世纪60年代激光诞生以来,超短脉冲激光技术一直朝着更短的脉宽和更高的能量(功率)两个核心方向在不断地发展,并在科学研究和社会生产生活的各个领域发挥着日益重要的作用。近年来,在X产生、电子加速和快点火等应用的驱动下,世界各国相继建成了一系列大口径高能短脉冲激光装置,如PATAL、PHELIX和OMEGA-EP等。研究人员发现,在这些装置中,空间滤波器的折射透镜色差会导致脉冲前沿畸变,它使得脉冲时间展宽,远场时空特性变坏,已成为限制聚焦功率密度的进一步提升的首要因素。因此,研究脉冲时空畸变的测量和色差补偿技术具有重要意义。本论文立足于前人研究基础,重点针对超短激光脉冲普遍存在的时空畸变现象的描述与评价方法以及脉冲前沿畸变的测量与补偿技术展开研究。具体研究内容有以下几个方面：一、对超短激光脉冲时空畸变的描述及评价方法进行了初步探索。从脉冲前沿的定义出发,利用统计学平均值和各阶矩等相关数学工具,提出基于时空量相关系数的脉冲前沿畸变的描述及评价方法,并结合不同的时空畸变现象对该评价方法的特点进行了举例分析。二、从GRENOUILLE的测量原理出发,提出不均匀光束空间轮廓可能对测量造成的影响效应。并从空间x、y二维方向上分别分析研究了不均匀的光束空间轮廓对脉冲前沿畸变测量的影响,通过编制程序FROG相位恢复算法程序并进行数值模拟,阐释了GRENOUILLE内部的数据一致性校验机制对该效应的抑制作用。三、针对折射透镜和菲涅尔波带片,利用几何光学的方法,分析了色差造成的脉冲前沿畸变,说明了波前和脉冲前沿间的传播时间差(Propagation time difference)与色差的等价关系并给出其解析形式。通过不同色差补偿方案的对比,结合大口径高能短脉冲激光装置的特点,提出基于菲涅尔波带片的色差补偿方案。四、对菲涅尔波带片应用于大口径短脉冲激光系统的色差补偿进行初步的理论探索。使用傅里叶光学的分析方法,对菲涅尔波带片的远场时间特性进行了理论分析和数值模拟,给出了入射脉冲为高斯脉冲时的远场聚焦包络的解析形式和一定近似条件下色差量与远场时间波形间的定量关系。