随着激光技术的迅速发展,飞秒激光与物质的相互作用已经成为了跨学科的热门课题。在强激光中,原子分子会被激发和电离从而产生非稳态的粒子波包,这些粒子波包的产生及演化过程都可以称作量子轨道。量子轨道展示了物理及化学反应中最为重要的信息成分,这一概念的提出帮助人们对抽象复杂的量子力学过程有了更清晰准确的认识。如何认识和操控这些粒子的量子轨道是飞秒激光与物质的相互作用的关键所在。量子轨道的操控有着极为广泛的应用,这包括高次谐波及阿秒脉冲的产生,生物学的快速成像,分子轨道断层成像,分子排列等等。本论文运用半经典及全量子的理论模型研究了强飞秒激光驱动的原子的动力学过程,提出了量子轨道操控的若干手段及其在超快科学中的重要应用。工作内容包括1)通过调节基频-三倍频双色激光场相对相位选取高次谐波的长短轨道,并利用轨道选取来得到规整的阿秒脉冲链;2)用过饱和强激光场造成原子基态的迅速损耗来控制高次谐波产生过程中的复合阶段,并利用该机制实现了多光周期驱动下的单个阿秒脉冲的产生;3)通过调节多光周期双色激光场的相对相位来控制高次谐波的电离以及加速过程,实现高能量单阿秒脉冲的输出;4)研究双色场驱动下的阿秒脉冲的发射时间,通过调节基频-倍频双色激光场相对强度可以影响自由电子在激光场中的运动轨道,从而达到精确控制高次谐波阿秒脉冲的发射时间的目的;5)采用激光辅助光电离机制来研究电子电离过程中的轨道相干效应,发现在特定的延迟位置上,光电子谱的相干性结构能映射出阿秒脉冲的脉宽信息,并利用该方案实现了阿秒脉冲的诊断。