少周期脉冲的产生是飞秒激光领域中的重要研究方向,少周期脉冲的超短脉宽使得其在研究时间分辨的物质电学磁学性质以及非线性响应上有广泛的应用,并且少周期脉冲还是打开阿秒领域大门的钥匙,其驱动产生的阿秒脉冲将人类认识事物的能力提升到了一个新的高度。为了便于对原子分子内部更快过程以及更高阶过程的研究,阿秒脉冲的产生也向着脉冲更短,光通量更高的方向发展。时至今日,通过少周期脉冲驱动产生的阿秒脉冲极限已经达到数十阿秒的量级,其将在时间分辨光谱学,超快电子动力学等方面发挥巨大的作用。然而,目前基于少周期脉冲所产生的孤立阿秒脉冲的光通量太低,限制了很多物理过程的研究,是一个急需解决的问题。通过分析孤立阿秒脉冲的产生过程可知,当前提升孤立阿秒脉冲的光通量的有效途径,便是从源头提升驱动阿秒脉冲产生的少周期脉冲的性质,进一步缩短其脉宽并提高能量。本文围绕少周期脉冲的产生与应用结合其背后物理过程进行分析,从理论与实验研究两个角度出发,取得了如下成果:1.在少周期脉冲的产生技术方面,通过充气空心光纤以及固体薄片组结构,分别压缩实现了约5fs,太瓦量级的少周期脉冲产生,并通过自主搭建的相位锁定系统,对产生的少周期脉冲进行精确的相位锁定。2.通过理论推导得出了模拟飞秒激光在自由空间中与介质相互作用的非线性包络传播方程。并基于此进行了飞秒脉冲在空心光纤、固体块材料、特别是固体薄片组中的光谱展宽过程研究。在此框架下,将光谱展宽模型结合不同的物理过程预测得到了许多新颖的结果,如结合自压缩效应实现了薄片组结构中电离的调控,理论预测了在离轴区域约5fs的脉冲输出,实验上验证得到约8fs的脉冲输出;结合诱导相位调制效应在薄片组中实现了傅里叶变换极限接近2.6fs的超宽谱输出。3.将非线性积分引入到光谱展宽过程研究中。提出电离积分（P积分）的概念,与B积分一同对少周期脉冲产生过程中的主要非线性效应:克尔效应与电离效应进行量化描述,并且通过非线性积分对光谱展宽过程的不同阶段进行了界定,加深了光谱展宽过程的理论研究。此外,我们还基于神经网络模型对激光—物质相互作用过程进行分析,实现了通过展宽光谱的形貌对入射脉冲初始条件以及脉冲传播过程中的非线性效应的预测,并且在理论与实验上都进行了验证,预测效果良好。其将有助于加深我们对激光—物质相互作用的理解。4.提出了广义脉冲内相干性的概念,从压缩相干性与相移相干性两个方向,对少周期脉冲的可压缩程度以及脉冲内电场稳定程度进行了量化描述。通过对比不同的脉冲光谱展宽过程,得出了电离效应对相干性影响较大,克尔效应影响较小的结论,并且在实验上通过空心光纤、固体薄片组、以及固体块材料展宽后脉冲的CEP锁定效果进行了比对,与我们所提出的相干性理论结果吻合。相干性理论将在优化少周期脉冲的过程中起到指导作用。5.通过少周期脉冲驱动高次谐波的产生,并进一步通过RABITT法测量到209as的阿秒脉冲串。