随着科学与技术的飞速发展，脉冲强磁场下的科学研究愈来愈显现出它的重要作用。在脉冲强磁场下开展科学研究，尤其是观察量子物理现象，需要克服物质热效应的影响，因此需要使物质处于低温的状态下开展科学研究。为了给脉冲强磁场下的科学研究提供低温环境，需要使用低温制冷技术将研究的样品冷却至低温，而实现这一功能的装置是低温恒温器。因此研究用于脉冲强磁场下科学实验的低温恒温器是脉冲强磁场科学研究的硬件基础。目前脉冲强磁场下科学研究用低温恒温器主要为氦浸泡低温恒温器，稀释制冷低温恒温器和氦三制冷低温恒温器这三种形式。国内已开展了氦浸泡低温恒温器、氦流气低温恒温器、氦三制冷低温恒温器、稀释制冷低温恒温器和导热丝型GM制冷机低温恒温器这五种形式的研究工作。其中氦浸泡低温恒温器是脉冲强磁场下科学研究最常用的低温恒温器，其最低温度能达到1.5K左右。这几种形式的低温恒温器除了导热丝型GM制冷机低温恒温器外均需使用液氦作为冷源。这对于我国这样的氦资源匮乏国家，液氦成为制约开展脉冲强磁场下科学实验的重要因素。而导热丝型GM制冷机低温恒温器的最低温度只能降到10K，满足不了脉冲强磁场下科学研究对于更低温度的要求。因此设计一套应用于脉冲强磁场下科学实验且能达到氦浸泡低温恒温器温区的GM制冷机低温恒温器对于脉冲强磁场下科学研究具有重要意义。本文基于利用GM制冷机作为冷源，无需加注液氦实现1.5K的最低温度的设计思想，进行了GM制冷机低温恒温器的结构设计和热分析，研制出了第一台可用于脉冲强磁场下科学实验的样机，并在样机上开展了实验研究工作，实验结果验证了GM制冷机低温恒温器应用于脉冲强磁场下科学实验的可行性。该低温恒温器利用GM制冷机的冷量将常温的氦气液化，并导入科学实验样品所在样品腔，通过减压降温的方法达到1.5K的最低温度。本文开展了GM制冷机低温恒温器的各部件的传热分析和ANSYS温度分布分析，依据分析结果，所选取GM制冷机及各换热器能为样品腔提供充足的冷量，并实现样品腔内4.2K及以下的温度，从理论上论证了GM制冷机低温恒温器的可行性。同时开展了该GM制冷机低温恒温器最低温度分析，并得出了其最低温度能够达到1.5K的理论结果。在此基础上，针对脉冲强磁场放电时涡流热对该GM制冷机低温恒温器温度稳定性影响的特殊性，研究了在1.5K情况下进行60T脉冲强磁场放电时样品腔温度稳定性的影响，结果显示在最低温度1.5K和最强磁场60T时能够保证样品腔温度的稳定。依据以上的分析结果和普通低温恒温器的设计要点，并针对脉冲强磁场下科学实验特殊情况，重点对GM制冷机低温恒温器的传热结构，材料选择，密封与焊接，温度的测量与控制以及真空系统进行了设计，采用了文中所述的GM制冷机低温恒温器结构。在以上理论分析的基础上，作者研制了一套GM制冷机低温恒温器样机。该样机使用氦气冷阱、多级预冷的螺线管换热器和多孔冷凝换热器实现常温氦气的冷凝，并通过液氦传输管导入1.5mm真空夹层样品腔，实现样品冷却的目的。开展了低温恒温器样机的降温实验和控温实验，对该低温恒温器的性能进行了测试。降温实验结果显示，低温恒温器的最低温度能够达到1.4K以下，优于设计值1.5K，并能维持最长17分钟的最低温度，满足毫秒量级的脉冲强磁场下的科学实验要求。控温实验结果显示在1.5K-5K控温区间低温恒温器的控温精度为±0.02K，在5K-20K控温区间低温恒温器的控温精度为±0.2K，在20K-300K控制区间低温恒温器的控温精度为±0.1K。最后开展了脉冲强磁场下(Ga,Mn)As薄膜的电输运实验，得到了(Ga,Mn)As薄膜在不同温度下的空穴浓度，从实验上验证了所设计的GM制冷机低温恒温器上开展脉冲强磁场下科学实验的可行性。