21世纪初阿秒光脉冲的诞生使得直接研究原子、分子、固体内电子的超快动力学成为可能。目前,产生阿秒脉冲的主要方案为气体靶高次谐波,然而其存在脉冲强度较低的缺陷,限制着部分物理过程的阿秒激发和诊断。近年来,有研究人员提出了一种用高速运动的孤立电子片产生阿秒脉冲的新方法。当一束脉宽为飞秒量级的相对论强激光与该电子片对撞时,两者发生非线性相干汤姆森散射。由于相对论多普勒效应,散射光的频率大幅上升,脉宽被大幅压缩,可以达到阿秒量级。这个新方案有着脉冲短,强度高等优势。但是目前的相关研究较少,现有理论模型不够成熟,一些物理过程尚不明确。因此,本文通过理论计算和数值模拟对其展开了多方面的研究。具体的工作和结论如下:首先,我们研究了单周期激光脉冲下的非线性相干汤姆森散射,发现了振幅上升和频率下降这两个新的非绝热效应。当电子片宽度大于散射后阿秒脉冲的波长时,这两个效应可以使阿秒脉冲的能量转化效率提升两个数量级。我们建立了新的理论模型,从物理上解释了这两个效应的产生原因,解析理论与PIC模拟吻合得很好。第二,我们提出了一个利用非线性相干汤姆森散射产生阿秒脉冲对的新方案。我们发现当入射激光脉冲的强度高于一定阈值时,散射脉冲会在时域上呈现出包含两个强度峰的马鞍形结构。脉冲中的低频部分大多集中于双峰之间。滤去低频部分就可以得到两个宽度小于10阿秒的光脉冲,其时间间隔可在1飞秒以内方便调节。这个方案产生的阿秒脉冲对远比现有气体高次谐波方法产生的脉宽短和强度高,可以将阿秒泵浦探测技术提升到前所未有的精度,真正开启原子单位时间24阿秒内的电子运动成像研究。本论文深化了我们对高强度激光与相对论电子片之间的非线性相互作用的理解,取得的研究成果对阿秒物理研究及应用的具有重要的意义。