自激光诞生以来,更高的光强就一直是光学领域不断探索的重要研究目标之一。随着超短超强激光技术的发展,如今人们已经能够在实验室中产生光强大于1023W/cm2的极端光场。这样的光场能够用于驱动电子质子加速、X射线产生以及光核反应等强场物理研究,加深对物质非线性的理解,成为各国纷纷大力发展的重要实验设施。然而随着飞秒脉冲光强的不断提高,主脉冲之前的预脉冲与自发辐射基底等噪声成分的光强也会随之提升,并严重影响主脉冲与物质相互作用效果,所以时间对比度成为了飞秒超强激光系统的核心参数之一。鉴于非线性光学效应与光强紧密相关的特点,利用非线性光学效应提升时间对比度以及光强是飞秒超强激光领域的重要研究方向。本文围绕光参量振荡、自衍射效应和背向受激拉曼散射效应在飞秒超强激光时间对比度及光强提升中的应用,进行了理论分析与实验研究,取得了如下成果:1.从二阶非线性光学效应出发,分析了飞秒激光同步泵浦的光参量振荡信号光的时间对比度特性,并实验研究了以光参量振荡信号光作为种子注入非参量的啁啾脉冲放大后的时间对比度特性。使用515nm的飞秒脉冲序列作为泵浦光,利用LBO晶体得到了中心波长800nm附近的光参量振荡输出,将其作为种子注入基于钛宝石再生放大的啁啾脉冲放大系统中,得到能量1.8m J的放大结果,经测量其时间对比度最高为107。相比于普通钛宝石振荡器作为种子进行放大后的时间对比度提升了接近2个数量级。最后提出了基于光参量振荡器的多波长同步高对比度飞秒激光系统方案。2.从三阶非线性光学效应出发,分析了简并四波混频过程的时间对比度提升、脉冲宽度压缩等特性,并模拟了其中自衍射效应信号光的光谱展宽以及角色散情况,进行了基于自衍射效应的时间对比度提升实验研究。在35fs入射脉冲驱动下得到了20.4fs的自衍射信号光,能量达到35μJ且光斑质量较好,时间对比度高于1010,相对于入射脉冲提升了4个数量级以上。满足飞秒超强激光系统对于高时间对比度种子脉冲的要求。3.研究了利用自衍射效应的双啁啾脉冲放大系统中的时间对比度特性。对马丁内兹型展宽器的角色散进行分析,并在实验中用于展宽一阶自衍射信号光的同时补偿了其角色散,提升了自衍射效应在啁啾脉冲放大系统中的实用性。将自衍射信号光作为种子,注入后级啁啾脉冲放大器,稳定输出能量900m J、脉冲宽度29.7fs的超短超强激光脉冲,经测量时间对比度高达1010,能够用于强激光等离子体相互作用实验中。4.基于等离子体中电子振荡产生的三阶非线性效应,对受激拉曼散射过程进行了理论分析。介绍了等离子体中Langmuir波的形成,结合普通介质中的受激拉曼散射效应,分析基于等离子体的背向拉曼放大技术的可行性。之后设计了实验平台,进行了初步实验研究。