由于激光技术的飞速发展,使人们改变和操控原子、分子甚至电子的运动成为可能。这一方面极大地促进了激光与物质相互作用研究领域的蓬勃发展,另一方面给强激光与物质相互作用的进一步研究提供了方法论和强有力的技术手段。激光与物质相互作用的领域涵盖了激光与固体、气体、液体以及等离子体间的作用。由于激光与气体相互作用在实验中具有可重复性好、气体密度可控、产生的等离子体较容易诊断、不产生靶碎片等诸多优势,因此其在许多的应用研究中,如激光电离气体的高次谐波发射,基于激光电离气体产生等离子体的背向拉曼放大、激光电离气体产生等离子体的光波导等,有着极其重要的地位。本文的工作就是基于激光电离气体的高次谐波发射和激光电离气体产生等离子体中的背向拉曼放大这两个应用研究来展开的。激光驱动气体产生高次谐波是获得远紫外XUV辐射源、X射线光源及产生超短阿秒脉冲的重要途径。基于超短的阿秒脉冲在超快光学的应用需要,人们一直在努力能够获得一个更短的孤立阿秒脉冲。目前在实验中获得的超短阿秒脉冲的最短纪录为67 as。实验中获得一个超短阿秒脉冲的常用手段是利用门电场脉冲来控制高次谐波的发射。此外,由于红外激光的波长较长而能够驱动电子产生一个更大的有质动力,而且红外激光技术现已非常成熟,所以常用红外电场来获得一个宽带宽的高次谐波谱。在我们的工作中,利用一个极化脉冲电场和其半频电场的组合电场驱动氦原子发射高次谐波,通过理论计算获得了一个极宽频的超连续的高次谐波谱,通过傅里叶变换叠加这一高次谐波谱,获得了一个42 as的超短脉冲。同时,通过经典分析和小波变换方法分析了该高次谐波的发射过程。该工作凭借具有实验依据的常用方法,通过理论计算展示了一个可能获得更短阿秒脉冲的可行方案。激光诱导气体产生等离子体在等离子体光波导、基于等离子体的背向拉曼放大及等离子体中的高次谐波发射等研究领域中有着非常重要的作用。基于这些或者更多的现实应用需要,对激光击穿气体产生等离子体的实验诊断和理论模拟一直是人们所关注的课题。在诸多的等离子体特性中,等离子体密度作为许多研究课题中的一个重要参数而受到极大关注。目前的理论研究工作还没有提供对等离子体的2维密度分布的模拟。在我们的工作中,首先基于常用的光干涉法,通过实验布置探测了激光击穿空气的等离子体的2维电子密度分布轮廓。然后通过将等离子的动力学过程分割为等离子的形成和膨胀两个阶段的方法建立了一个理论计算模型,并模拟了在实验条件下产生等离子体的2维电子密度分布。对比发现,模拟的结果很好地符合了实验结果。本文的工作展示了一个能够有效模拟激光击穿气体产生等离子体的(特别是能够模拟实验上很难测量的等离子体形成早期的极高密度)理论模型,基于该模型可以分析等离子体的密度、温度以及轮廓随膨胀时间的演化。由于基于等离子体的背向拉曼放大技术能够克服极高功率激光对介质引起的阈值损伤,它被认为是继啁啾脉冲放大技术之后可能实现EW量级的超高功率激光输出的潜在途径。为了将来能够实现超高功率激光的输出,为数不多的几个团队都在自己的激光系统下进行这一全新放大技术的验证实验。激光诱导气体产生的等离子体被认为是实现基于等离子体背向拉曼放大技术的最可靠介质。在该部分的工作中,基于我们的激光系统,以激光击穿Ar气体产生的等离子体作为耦合介质,进行了背向拉曼放大技术的原理验证实验,在该实验中观察到了种子光被泵浦的放大输出。通过对实验结果的分析发现,产生的等离子体密度偏低是造成该实验中放大效率较低的主要原因。利用前一章提出的理论模型模拟了能够产生满足需要密度的等离子体的2维电子密度分布轮廓。并结合实际的实验条件,通过分析计算结果给出了能够实现需要的等离子体密度的实验布置。