在超强超短激光的发展历程中，啁啾脉冲放大(CPA)和光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)这两种技术方案的提出具有划时代的意义，时至今日，其仍然是光学研究领域的热点之一。目前，基于这两种技术方案，国际上正竞相开展拍瓦级乃至数十拍瓦级的超强超短激光系统的研究工作。本学位论文的主要工作是拍瓦级宽带、高能量OPCPA及泵浦源的理论和实验研究，在对基本理论建立详细而实用数值分析模型的同时又发展了一系列创新技术，如泵浦源前端时空域整形、柱面反射式无像差激光脉冲展宽器、信号源前端光谱整形、高转换效率宽带的高能量光学参量啁啾脉冲放大等关键技术。最终，基于以上数值计算和单元技术，开展了基于钛宝石CPA前端和大口径LBO晶体OPCPA终端放大的超强超短激光系统的实验研究，获得了目前国际上报道的基于OPCPA激光研究中最高峰值功率的输出激光脉冲。概括起来，主要成果如下:　　1.完成了光束传输过程的理论模拟计算。在建立了描述激光脉冲基本性质的数学模型基础上，通过数值计算详细分析了光束传输中激光脉冲的时空域演变过程;此外，结合拍瓦级OPCPA超强超短激光系统光束质量控制的具体要求，数值分析了激光系统中光学元器件的参数需求。　　2.完成了以OPCPA为例的二阶非线性光学效应的理论模拟计算。本论文不再局限于小信号增益近似情况下的解析形式，利用数值解提高模拟结果的准确性;与之同时，在深刻理解相关基础知识的基础卜，通过巧妙的数学建模，本论文将非共线几何结构、时空走离、群速度色散、衍射等OPCPA过程中不可避免的物理现象也一并融入理论模拟计算的过程中，进一步提高了模拟结果的准确性，最终，实现了时间尺度涵盖飞秒至纳秒的三维空间OPCPA数值模拟计算。　　3.完成了OPCPA终端放大器泵浦源前端的设计与搭建。本论文充分考虑到拍瓦级乃至数十拍瓦级OPCPA终端放大器实验研究和工程化应用的需要，设计并搭建完成了一套结构紧凑、激光脉冲性能可控性强的泵浦源前端脉冲激光系统(1.2J/1053nm/2.5ns/1Hz)，其主要模块包括纳秒级单纵模激光脉冲的产生及放大、激光脉冲的时空域整形等。此外，还设计并搭建完成了OPCPA终端放大实验测试平台的信号源前端（1.2mJ/800±50nm/～1ns/5Hz）。　　4.在全面地综述了目前超强超短激光领域国内外进展的基础上，创新性地提出了发展CPA/OPCPA混合式超强超短激光系统的技术方案。借助于上述数值模拟结果及关键单元技术，积极开展了拍瓦级CPA/OPCPA混合式激光系统的实验研究，最终获得了峰值功率达0.61PW的激光脉冲输出(20.62J/33.8fs)，这是目前国际上报道的关于OPCPA研究结果中获得的最高峰值功率。　　5.完成了数拍瓦CPA/OPCPA混合式激光系统泵浦源中关键单元模块—高能钕玻璃激光放人器的理论模拟计算。对于激光脉冲的受激辐射放大过程，本论文不再局限于近似的F-N方程的形式，而是从涵盖增益介质光学特性以及激光脉冲时空特性的速率方程出发，时空域并行地精确计算激光脉冲的受激辐射放大过程;结合高能钕玻璃激光放大器的几何结构以及充电网络的结构与电学参数，辅之于蒙特卡洛光线追迹等数值方法，对激光放大器自充电到激光脉冲放大的整个过程进行了系统地数值计算分析，其中包括充电网络放电波形、氙灯辐射功率及光谱分布、聚光腔泵浦分布、钕玻璃自发辐射放大、增益介质热效应等关键动态过程。上述数值计算结果为数千焦耳量级泵浦激光系统的设计和搭建提供了详细的、可靠的依据。