自从激光发明以来,利用超短的分辨能力探测自然界中的动力学过程极大地依赖于超短脉冲。正因为需要更加精细的时间分辨和更高的峰值功率,研究人员一直致力于更短脉宽的激光脉冲研究。目前在拍瓦(1015 W)量级激光器上获得的最高聚焦强度已超过1021 W/cm2,而超短激光脉冲时间宽度则已短至几个飞秒(10-15 s)。现在利用超短超强激光与固体、气体、以及等离子体等相互作用产生X射线的研究已经成为强场激光物理领域的热点,并推动了激光泵浦X射线源在生物成像和原子、分子内部超快动力学探测等方面的应用。 高次谐波产生过程提供了一种简单的傅里叶合成阿秒脉冲的方法。将一束激光聚焦至原子或者分子气体,可以产生具有非常高级次谐波相干辐射。随着各个国家的研究人员在阿秒物理上的不断探索,2008年,在实验上已经获得了脉宽为80阿秒的单个阿秒脉冲。然而,这样的阿秒脉冲相干光源的获得,仍需要非常苛刻的条件,比如载波包络相位稳定的周期量级激光系统,超宽带极紫外波段反射镜等,这些条件都限制了短波长阿秒脉冲光源的产生和应用。 本论文绕过产生单个阿秒脉冲必须的苛刻条件,结合现有的实验条件,在理论上重点研究了利用中红外波段的整形双色强场对高次谐波过程中的电子轨道进行相干控制,来获得脉宽突破50阿秒的水窗波段单个阿秒脉冲。论文主要研究结果和创新成果包括以下几个方面: 1. 基于Lewenstein模型研究了多周期量级双色中红外光场(波长为2000-nm)驱动氦原子产生高次谐波辐射过程。从理论上验证了在适当地调节两光场间相对相位后,可以获得水窗波段的脉宽为67阿秒的单个阿秒脉冲。与只有单色基频场驱动下的情况相比较,这一双色场机制可以使XUV波段的辐射强度增加一个数量级左右,这对于中红外光场中高能量...