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基于激光激发等离子体（Laser Produced Plasma,LPP）技术的13.5nm极紫外（Extreme ultraviolet,EUV）光刻机相比于上一代193nm的深紫外准分子光刻机具有更高的光刻分辨率,是新一代大规模集成电路制造的核心设备。高功率、高重频、短脉冲CO2激光与液滴锡靶作用的EUV转换效率达到6%,是LPP-EUV光源的主流驱动激光,其功率和稳定性是影响LPP-EUV性能的核心。现阶段,主泵浦CO2激光采用了主振荡功率放大（Master Oscillator Power amplifier,MOPA）的技术路线,即由振荡器产生高重频短脉冲CO2种子光,经多级CO2激光放大器实现功率放大。其中,短脉冲CO2激光的放大与隔离是高稳定性、高功率MOPA体制主泵浦CO2激光系统亟待解决的关键技术。本论文以实现高重频短脉冲CO2激光高效率放大为目标,基于MOPA-CO2激光实验平台,针对短脉冲CO2激光放大与隔离展开系统性研究,进行了大量的激光动力学物理建模、数值仿真和实验分析,研究内容主要包括以下五个部分:（1）介绍了EUV光刻技术的发展历程,对比分析了三种产生EUV光的技术路线,重点介绍了LPP-EUV光源的核心组成和关键技术。进而论述了LPP-EUV光源中主泵浦短脉冲CO2激光放大的动力学模型和10.6μm光隔离器的国内外发展现状、技术难点和急需解决的科学与技术问题。（2）阐述了基于电光腔倒空CO2种子光和连续快轴流CO2激光放大器的时域特性,分析和计算了放大过程中的主要驰豫速率系数,确定了将周期性放大过程分为三个阶段的研究方法。建立了包含振动和转动能级的动力学模型（温度模型）,给出了短脉冲CO2激光放大的增益和脉冲演化仿真方法。（3）仿真分析了快轴流CO2激光放大器参数（放电电流、配比、气压等）对小信号增益、反转粒子数密度的影响,优化了放大器的工作参数;揭示了短脉冲CO2激光放大的脉冲波形演化规律,就基座能量对放大效率、输出波形的影响进行了量化分析。搭建了MOPA-CO2激光实验研究平台,优化了放大器工作参数优化后的腔压和配比分别为78Torr和CO2:N2:He=8.3%:25%:66.7%,实现了小信号增益从0.7%/cm提升至1.1%/cm,验证了动力学模型的正确性。（4）对比分析了多种隔离方式在10.6μm波段工作的机理,根据应用需求,确定了可饱和吸收光隔离器的技术路线。分别采用Bath模型和四能级模型等分析了气体扩散效应、剩余吸收效应、V-V和V-T能量转移过程对SF6可饱和吸收隔离性能的影响。研究表明:气体扩散效应使得SF6气体更难饱和,呈现归一化反转粒子数密度轴心低、器壁高的分布规律;SF6隔离器没有明显削波能力;V-V和V-T能量转移过程分别在饱和与未饱和状态发挥主要作用,当SF6处于饱和状态时与种子光重复频率的相关性较弱。（5）实验测量了石墨烯损伤阈值、可饱和吸收参数(αns、αs、Is)与薄膜层数的关系,并揭示了损伤机理,实验表明损伤阈值与层数成反比,小信号吸收系数、饱和光强、基础损耗占比与层数成正比。利用实验参数,仿真了石墨烯的透过率曲线、脉冲波形与通过单层石墨烯次数的关系,证明了石墨烯隔离器的有效性,为10.6μm波段激光提供一种新的噪声光隔离方法。