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超短脉冲激光的放大、频率变换和同步是超快激光研究的几个重要内容，超高强度及波长可调的飞秒激光脉冲与同步的超短脉冲激光在强场激光物理、超快泵浦探测、阿秒高次谐波的产生等方面有着广泛的应用。本文针对上述三个方面的应用发展要求，系统进行了采用棱栅对作展宽器的的新型啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification，CPA)技术、采用信号光与闲置光相互交换的飞秒参量放大技术及采用飞秒钛宝石激光与全固态锁模Yb∶YGG激光为对象的被动同步技术等内容的研究，取得的主要进展和创新成果有: 1.针对传统CPA系统中展宽器体积大、调节复杂的固有问题，采用光线追迹方法，理论模拟研究了新型展宽器棱栅对的色散特性，首次得到了棱栅对准确的色散方程，并结合实验验证了理论模拟结果的正确性，结果表明这种新型的反射式棱栅对可很好的用作超短脉冲激光CPA系统的展宽器。 2.针对高阶色散限制放大脉冲不能达到傅里叶变换极限的重要因素，基于棱栅对在800nm波长处能够同时提供负的二阶色散和三阶色散的特点，设计并建造了采用棱栅对作展宽器和块体材料作压缩器的钛宝石多通放大器，很好地补偿了放大过程中材料引入的高阶色散，获得了近傅里叶变换极限的压缩脉冲。 3.采用光学参量反转放大的新方案，实验上获得了载波包络相位(CEP)具有自稳定特性、输出波长覆盖1.1-1.6m范围的可调谐飞秒脉冲激光，测量结果表明CEP抖动的RMS量仅为108mrad。在此基础上进一步利用所获得的超连续光谱长短光谱成分自差频的方式，产生了波长1.4-2.0m之间可调谐的飞秒脉冲激光，测得CEP的抖动为100mrad。 4.基于交叉相位调制(cross phase modulation，XPM)效应同步超短脉冲激光的原理，提出并设计了一种被动同步不同超短脉冲激光的实用方案，并利用所建立的高稳定飞秒钛宝石激光及全固态锁模Yb∶YGG激光开展了初步的实验研究，得到了重复频率均为80MHz，中心波长分别为800nm和1030nm的飞秒和皮秒锁模激光脉冲，为进一步实现稳定同步提供了基础。