激光技术的发展使得激光场强与原子内价电子和原子实之间库仑场相接近,其相互作用会产生诸多非线性物理现象,如高阶阈上电离、非次序双电离、高次谐波及库仑爆炸等。原子分子内电子在强场作用下的行为,决定了产物的研究方式。为了获得光解反应离子或电子产额及其位置动量的空间分布信息,利用速度成像技术来分析原子或分子在强激光场中的电离过程,进而分析作用的物理规律。速度成像技术对研究强场物理的分子反应过程有着巨大的应用前景和意义。本论文通过强飞秒激光对非绝热准直的N₂、O₂、CO₂三种分子进行光电子速度成像研究,分析了再散射机制和分子轨道问题。本论文共由四章组成。第一章主要介绍了超短强激光技术的发展与应用和强场激光与原子或分子作用主要电离机制以及准直分子的强场物理研究。第二章主要介绍本实验自主搭建的速度成像装置以及实验原理,并以400nm激光作用Xe原子完成装置能量标定以及图像处理。分析了Xe原子多光子电离过程并提取Xe原子不同电离过程角分布信息,通过提取勒让德多项式的各向异性参数对角分布信息进行确认。第三章采用泵浦-探测技术实现对N₂、O₂、CO₂三种分子进行非绝热准直,并对准直的分子进行光电子成像进研究。通过N₂的光电子能谱从实验角度初步判断了光电子成像电离的再散射过程。最后通过三种分子光电子成像准直点与反准直点比值图在再散射区的电离差异,分析了电子轨道对分子电离的影响以及CO₂分子的激光诱导电子衍射对电离的影响。第四章对本论文的工作进行总结并对未来的工作进行展望。