脉冲整形方法是超短光脉冲控制领域中的一种主要技术手段。随着超短脉冲的成功实现和深入应用,为了最优控制光与物质的相互作用和信号处理的需要,对于将简单的脉冲变换成更复杂波形的研究日益重要。由于飞秒脉冲的频谱很宽,致使整形装置能把频谱在空间上散布得足够宽,易于实施空间滤波及对光场的振幅和相位进行调控,来获得各种时域输出脉冲波形。实践中,飞秒光脉冲整形在光通信、色散补偿、相干控制、信号处理、医学和生物学成像等领域潜在着广泛的应用价值。本论文主要是关于飞秒激光脉冲傅里叶时空变换整形的理论研究。其中,在对飞秒光脉冲表征的基础上,推导了时空变换4f整形系统光场的传播理论,分析了整形系统的零色散特性,并证明了理论的合理性;针对现有4f整形系统因使用透镜所带来的色差问题,提出改进后的凹面镜型等价4f整形装置;理论还分析了系统空间频谱面上的色散关系,给出整形掩模板设计的一般可操作性原则。接着进行了脉冲整形的理论模拟研究,先后模拟了双缝模板和振幅型正弦光栅模板整形输出的脉冲波形,还设计模板获得了方波脉冲输出,最后模拟了纯相位脉冲整形的情形。在纯相位整形中,根据相位整形的特点提出了双光束时间分辨CARS这一全新理论,并模拟了π相位整形和分析了纯相位空间光调制器作为模板函数的复杂整形过程,得到了余弦相位函数整形输出脉冲的结论,给出了SLM在周期性余弦相位函数调制下的特征函数。进一步,理论还能给出相位整形所得脉冲序列中相邻两脉冲之间时间间隔的大小,充分说明了双光束时间分辨CARS实验在理论上的可行依据,且还指出利用自适应方法由所给理论来指导脉冲整形实验。