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近年来，飞秒、阿秒激光技术的迅速发展，为人们研究光与物质间的超快相互作用、探索在原子内部和外部电子运动规律提供了高时间分辨率和高功率的强有力的工具。现在，人们已能在可见光区产生接近理论极限的1．5个周期、脉宽达3．4飞秒的脉冲光。少周期光脉冲的产生及其飞秒时标、阿秒脉冲产生等研究引起了人们越来越浓厚的兴趣。这些研究和应用都和脉冲的包络和载波相位的测量与控制密切相关。因此，超短脉冲光谱相位成为飞秒和阿秒技术中的重要课题。
本论文通过对国际上的一种主流的超短脉冲光谱相位相干直接电场重构技术(即SPIDER方法)进行了较深入的分析讨论，提出了一个新的测量方法，并得到了可靠的实验结果验证，使得该方法成为超短光脉冲包络和相位信息的简便、实时快速而准确的测量手段。同时还发展了另一种二次谐波一频率分辨光学闸门技术(即FROG方法)，并用于对本实验室研制的飞秒激光器输出脉冲的振幅与相位进行诊断和压缩，获得当时国内最好的实验成果。综合来说，本论文取得了下列四项具有创新性的研究成果：
(1)提出一种测量超短光谱相位信息的新技术，称为无干涉条纹频谱位相相干直接电场重构法(Fringe Free Spectral Phase Interferometry for DirectE1ectrical-field Recorlstruction，简称FF-SPIDER方法)。该方法在原理上发展自脉冲重构理论，在技术上改进了国际上的主流SPIDER方法，消除其测量之相干频谱多干涉条纹以及傅立叶变换滤波的弊端，降低测量仪器的分辨率要求即可实现超短光脉冲包络和相位信息的高精度、简便、实时、快速而且准确的测量。并据此自行研制的FF-SPI：DER方法测量仪测量性能优越，申请了国家发明专利。
(2)给出了FF-SPIDER方法可高效测量脉冲的实验证明。通过实验装置以及测量结果的比较，得到该方法对比传统方法有更多的优越性：在测量全过程能保留待测脉冲初相位原型，排除分束片对带宽的影响以及外部色散的引入，适用于宽频带的亚十飞秒脉冲测量；可根据需要自由选择频谱剪切量，测量简便；可通过直接简单的数学计算求解得目标位相差，提高了效率的同时减少了复杂运算所引入的系统误差。并且根据脉冲重构理论，在技术原理和测量方法上分析零延时直接电场重构法所存在的歧义性问题，提出了通过各频率载波成分间的初相位差补偿以正确地确定脉冲光谱相位差的极性的有效解决方案。
(3)发展了FROG方法的脉冲重构理论，论证了该方法与SPIDER方法在原理上的互通性，并提出一种基于SHG-FROG方法的新型矩阵迭代算法，该算法利用矩阵的奇异值分解编写成计算机软件，成功地测量了本实验室自行研制的克尔透镜锁模(KLM)钛宝石激光器所产生的飞秒脉冲的啁啾情况，并进行了适当的补偿，从而获得转换极限亚十飞秒脉冲，是当时国内最窄的记录。
(4)提出了一种诊断光束波阵面位相畸变的方案；该方案制作成一套相位差稳定自动控制系统，控制基频光、倍频光在全光孔径干涉光场内的等相面保持一致，成功应用于A1GaAs/GaAs多量子阱相干控制光电流实验中，得到了很好的实验结果。