本论文系统地研究O2和N2分子在波长800nm、脉宽110fs、强度1013W/cm2～1015W/cm2的飞秒强激光场作用下的行为。实验结果表明，当激光强度小于分子电离阈值时，激光-分子相互作用将使分子沿激光的偏振发生取向，激光脉冲停止后，分子的这种取向仍可以周期性地再现。当激光强度大于分子电离阈值时，多电荷电离和库仑爆炸发生。利用偏振相互垂直的双脉冲实验，我们发现碎片离子的各向异性分布来源于激光脉冲前沿使分子在电离前沿激光偏振方向取向。全文共分五个部分： 1.绪论简要回顾了超快超强激光的发展历史，总结了强激光场与物质相互作用过程。着重介绍了分子在飞秒强激光场作用下的取向、电离和库仑爆炸的研究状况。 2.实验系统介绍了我们的实验装置：钛蓝宝石飞秒激光器和飞行时间质谱仪。详细描述了脉冲后取向实验和双脉冲实验的原理和实验装置。 3.O2和N2分子的脉冲后取向 主要研究了O2和N2分子在强度为6×1013W/cm2的飞秒激光脉冲作用后发生的周期性取向。用弱光偏振谱探测技术，我们测量了O2分子和N2分子在一束强度低于电离阈值的泵浦飞秒激光作用下发生的脉冲后周期性取向信号，并分析了O2和N2分子脉冲后取向呈现不同特征的原因。 4.O2和N2分子的库仑爆炸研究主要研究了O2和N2分子在强度为1014-1015Wcm-2的飞秒激光场下的库仑爆炸过程，通过双脉冲实验发现碎片离子的各向异性分布来源于激光脉冲前沿使分子在电离前沿着激光偏振方向取向。 5.论文总结系统地研究了O2和N2分子与飞秒激光的相互作用。当激光强度小于分子电离阈值时，在不破坏分子的前提下，激光-分子相互作用使分子沿激光电场方向取向，而激光脉冲停止以后，分子的这种取向仍可以周期性的再现。当激光强度大于分子阈值时，激光脉冲前沿使分子在电离前沿着激光偏振方向发生取向，导致库仑爆炸产生的碎片离子相对于激光的偏振方向呈现各向异性分布。