本论文的工作主要包括两部分的内容:极光三号高功率飞秒激光系统性能的提升和飞秒激光与气体团簇靶相互作用的实验研究。　　 论文的第一部分包括极光三号对比度的测量和改善以及压缩室的调试安装。使用再生放大器作为CPA激光系统的前级预放大器时,由于再生放大中用于注入种子及导出放大光的格兰棱镜消光比有限,在放大后的主脉冲前面,除了会产生时间间隔为再生放大腔振荡周期的飞秒预脉冲外,还会由于振荡器与再生放大器的腔长不匹配而产生飞秒预脉冲。这些预脉冲与主脉冲的时间间隔由振荡器与再生放大器振荡周期的整数倍的差决定,有可能会在距离主脉冲为皮秒甚至是飞秒的地方产生预脉冲。由于通常使用的选单光路上升时间为纳秒量级,所以无法消除距离主脉冲如此近的预脉冲。为了解决这一问题,我们在种子光进入再生放大之前增加了一个选单器,很好地克服了上述困难。为了抑制放大过程中的自发辐射,进一步提高对比度,我们在极光三号原来的振荡器与展宽器之间加入一级CPA,以便后续采用交叉偏振波产生(XPW)、飞秒光参量放大等技术提高注入第二CPA的种子脉冲对比度。实验测量发现新加入的一级CPA,压缩后输出的光脉冲出现了多峰结构,并且在脉冲的前沿和后沿10 ps范围内下降很缓慢。仔细分析实验结果后,我们认为产生这一现象是因为不同光谱成分不能同时被压缩。为了验证这一想法,我们通过在压缩器中加入一个挡板,挡住波长大于810nm部分光谱成分后,多峰消失,并且在靠近主脉冲的地方对比度明显地变好。产生这一现象的可能因为是高阶色散未完全补偿或者是展宽器中光学元件面型精度不高。具体的因为还在考察中。　　 压缩器中光栅对平行性的微小失调会使输出光脉冲存在剩余角啁啾,在近场光脉冲波前会倾斜。未补偿的角啁啾会导致光束聚焦之后在焦平面上脉冲宽度和焦斑尺寸变大,从而引起聚焦光强极大的降低。我们从理论上分析了激光通过不平行光栅对时剩余角啁啾,给出了相对于平行位置分别有三个维度小角度偏离时,角啁啾率的具体表达式。同时我们利用光学设计软件ZEMAX对激光通过不平行光栅对后的远场焦斑进行了光线追迹模拟,模拟结果与理论分析完全一致。基于理论分析和模拟,为了使光栅保持精确平行,我们提出了一种基于激光远场焦斑监测的调节方法。和其它方法相比,我们的方法可以很方便地同时监测光栅对在水平面和竖直面内的平行性,并且可以区分光栅平面在绕水平面的旋转及光栅刻线在光栅平面内绕法线的旋转。我们分析了我们和其他人提出的不同角啁啾测量方法的测量精度,发现几乎所有的测量方法都存在相同的内在的极限测量误差,该误差取决于被测光束的光谱带宽(即剩余角啁啾导致的光束群速延迟小于傅立叶变换极限脉冲宽度)。为了保证足够高的精度,最根本的解决方法是采用光谱带宽远大于待压缩脉冲带宽的光源来进行调节。　　 论文的第二部分为飞秒激光与团簇相互作用过程中的X射线实验研究。我们用干涉仪测量了高压气体喷嘴向真空靶室中喷射的气体喷流的密度分布。利用Matlab编写了数据处理程序,该程序首先利用傅立叶变换方法从干涉图中提取二维相位信息,然后使用Abel反演方法得到气体密度分布。测量结果表明,中性气体密度为1019 cm-3量级,在离喷嘴出口较近的区域,横向分布为两边较陡峭、中间为密度平台。气体密度随着离喷嘴的距离增加而线性减小,随着气体喷嘴背压的增加而线性增加。　　 实验研究了使用峰值功率为2 TW、脉冲宽度为55 fs的超短激光脉冲与氩团簇相互作用过程中K壳层x射线的产生。我们重点研究了等离子体通道的形成与X射线的产生之间的关系。实验中通过调节激光的焦点与气体喷流中心对称轴的相对位置来改变激光在团簇中的传输状态,采用探针光阴影法来观测等离子体通道的特性。发现最佳离焦量为2-2.5 mm时,K壳层X射线单发最大光子产额为4.5×109。当光子产额达到最大值时,激光形成约10倍瑞利长度的等离子体通道并在其中自导引传输。