随着超快科学技术的发展,高能量频率可调谐的少周期激光脉冲光源的产生及其诊断是人们一直以来研究的热点,其在超高时间分辨的原子分子超快动力学探测、单个阿秒脉冲产生以及工业激光微加工等领域都有广泛的应用。少周期激光脉冲的产生和诊断技术都是基于非线性效应被提出,其中具有宽频谱和高光束质量的空芯光纤频谱展宽技术以及装置简易的二次谐波频率分辨光学门技术应用最为广泛。目前,基于空芯光纤产生的频率可调谐的宽带脉冲主要集中在紫外和红外波段,然而,高能量近红外宽带脉冲的频谱调谐对于从紫外到红外范围内可调谐的少周期激光脉冲光源的产生是极具意义的。与此同时,传统的脉冲诊断方案存在测量复杂、光学元件加工困难等不足。针对以上研究现状,本文理论结合实验系统研究了高能量飞秒激光脉冲在空芯光纤中的频谱展宽过程,在宽带近红外脉冲的频谱调谐及相位诊断方面提出了创新性方案。主要研究内容如下:（1）提出一种近红外脉冲在预排列分子中的非线性频谱调谐技术。基于非线性薛定谔方程的数值模拟结果表明,频谱调谐的机制为受激拉曼散射、克尔效应以及分子排列等非线性效应之间的相互竞争。适当地调节泵浦脉冲和探测脉冲之间的相对延迟,可以实现不同非线性效应之间的解耦,同时以一个可控的方式实现频谱调谐。实验上,近红外脉冲在充满预排列的氮气、氧化亚氮以及二氧化碳的空芯光纤中实现了超过100 nm的频谱偏移,同时通过控制气体压强、脉冲能量等实验参数实现脉冲的频谱整形。该方案在产生频率可调谐的少周期激光脉冲、宽带脉冲的频谱整形以及强场应用等方面具有良好的应用前景。（2）提出一种全新的少周期激光脉冲的诊断方法—相位失配方案。发现在厚非线性晶体的非相位匹配条件下,不仅可以得到完整的二次谐波信号频谱宽度,而且可以大幅提升倍频信号光的效率。将该现象应用到自制的单发二次谐波频率分辨光学门中,使用150μm BBO成功测量了8.6 fs的少周期激光脉冲。同时,该测量结果和使用充足相位匹配带宽的5μm BBO测量结果一致,进一步证明该方案的正确性。该方案同样适用于基于二阶非线性过程的其他脉冲诊断方法,如:电场直接重构的光谱相位干涉法和色散扫描技术。