高次谐波来自于光与物质相互作用中产生的高阶非线性效应。在频域上,高次谐波产生的光子在极紫外波段,且具有良好的相干性,因此广泛应用于原子分子领域、化学领域及激光光谱学领域。在时域方面,高次谐波辐射的物理过程对应阿秒量级的时间尺度,是产生单个阿秒脉冲的理想手段。单个阿秒脉冲的脉冲宽度最短至数十个阿秒,可以与电子运动的特征时间相比拟。基于高次谐波产生的阿秒脉冲具有超高时间分辨率,为探测电子的电离、跃迁以及多种超快电子动力学过程提供了可能。受限于高次谐波产生的物理机制,目前基于气体或固体产生的高次谐波及阿秒脉冲能量依然较低,难以驱动非线性效应产生。如何获得更高能量的高次谐波及阿秒脉冲是亟待解决的问题。基于以上背景及需求,本文主要针对高能量高次谐波及阿秒脉冲的产生及优化问题,分别从理论和实验方面进行了研究。本文的主要内容及创新性结果如下:1.在理论上探讨了单个阿秒脉冲产生的优化条件。在氩气中模拟了不同气压及气体介质长度下,单个阿秒脉冲的产生强度。模拟结果表明,在本文的激光参数下,使用6 mm长度的气体介质,在气压为30 Torr情况下可以获得最强的单个阿秒脉冲产生。该强度相比于实验中通常使用的1 mm左右气体介质长度下获得的单个阿秒脉冲强度提高了超过一倍。模拟结果表明通过增加气体介质长度及优化气压,可有效的提高单个阿秒脉冲的强度,为后续实验提供参考。2.设计并搭建了高能量高次谐波及阿秒脉冲产生束线。驱动激光使用自主搭建的钛宝石飞秒激光,输出能量为20 m J,重复频率1 k Hz,中心波长800 nm。气体高次谐波的产生使用松聚焦结构,束线包括高次谐波产生、阿秒脉冲脉宽测量及光谱测量部分。使用该束线在氩气和氖气中获得了高次谐波产生,并对其光谱范围进行了测量及标定,最短波长可至12 nm。3.基于氩气中获得高次谐波的强度及发散角进行了系统的测量及优化。在优化的气压下,使用长度为2-30 mm气体靶,测量了焦点前后位置产生高次谐波的发散角及强度。在本文的激光参数下,使用长度为10 mm的气体靶,可以获得单位面积上最强的高次谐波输出。气体靶长度较小时,高次谐波强度较强,但发散角较大。气体靶长度较大时,可产生强度相对较低,发散角小于1 mrad的高次谐波。使用长度介于10 mm至15 mm的气体靶,在宽光谱内均可获得发散角较小且强度较强的谐波输出,为高次谐波在时间分辨ARPES领域的优化及应用提供了系统性的参考。4.基于氩气中获得的高次谐波光谱,探讨了阿秒脉冲序列的时域特征。在理论上构建了阿秒脉冲干涉模型,并使用该模型得到了高次谐波短轨道及长轨道的光谱分布,与传统强场近似方法得到的结果符合的很好。基于该理论,对高次谐波长轨道对应的阿秒脉冲时域包络进行了反演。反演结果表明,随着驱动激光强度的增加,阿秒脉冲序列分布由驱动激光后沿移动至前沿,并且其包络宽度先增大后减小。该方案为阿秒脉冲时域特征的快速测量及阿秒脉冲产生条件的调控提供了可能。5.基于双色场方案进行了固体高次谐波产生与增强的实验,将800 nm与400 nm激光共同作为驱动激光,在二氧化硅晶体中产生了光子能量为9-18 e V的高次谐波。相比于只有800 nm单色场驱动下产生的谐波,双色场方案将谐波强度提升了2-3个数量级。