近年来，由于强场光物理、快点火等前沿研究的迫切需求，激光系统向着更短脉冲，更高功率，更优质量和更大规模方向发展。啁啾脉冲放大(Chirped pulse amplification，CPA)技术是获得超强超短激光输出的最重要的基本技术。该基本技术是通过控制光脉冲的啁啾特性(展宽-放大-压缩)来达到安全有效放大的目的。CPA系统中超短脉冲的啁啾控制主要由两大部分来完成：展宽器和压缩器，理想情况下两者应该是一对共轭的啁啾装置。但是，放大过程中一些不可避免的效应，如增益介质等色散导致的附加啁啾效应、增益变窄、增益饱和和自相位调制等都将影响着啁啾脉冲的再压缩复原。 为了获得高质量无畸变的超短脉冲，本论文在对飞秒脉冲在整个CPA系统中的传输和啁啾特性展开理论研究的基础上，自行设计和研制了一套新型共心衍射无像差展宽器和高能量真空压缩器，并将其用于我们正在搭建的10TW／20fs超快超强激光系统，取得了理想的结果。本论文的研究工作主要包括以下几个方面： 首先，从啁啾效应、傅立叶极限脉冲、光栅衍射等一些基本概念出发，研究了飞秒脉冲在可能导致啁啾效应的CPA各组成单元中的传输以及所造成的啁啾效应。研究了影响脉冲展宽和压缩特性的因素，如输入脉冲的初始特性和展宽器本身的高阶色散对脉冲展宽特性的影响，增益变窄、增益饱和、自相位调制及材料色散对放大脉冲压缩特性的影响。并且针对上述效应提出了解决方案，即高阶色散补偿和光谱整形技术。 其次，在分析当前国际上典型的展宽器和压缩器的基础上，自行设计并研制了一套适合sub-10 fs的新型共心衍射无象差展宽器和TW级真空压缩器。该新型共心衍射无象差展宽器的最大特点是通过平面镜反射使光束入射时所形成的衍射点与展宽后的还原点均在凹面镜的球心(即所谓的共心结构)，凹面镜不存在其他同类方法中的成像问题，展宽函数中不需要涉及凹面镜的焦距和离轴量。该展宽器可将sub-10 fs的种子脉冲展宽到ns量级，且具有无象差、高带宽、结构紧凑、调整精度高等优点。该高能量压缩器置于一自行设计的真空室中，具有抗高损伤、高带宽等优点，满足脉冲放大后可压缩回20 fs的要求。该展宽-压缩系统目前用于10 TW／20 fs超快超强激光系统，将来亦可用于100 TW级超快激光系统中脉冲展宽。 再次，参与搭建了10 TW／20 fs超快超强激光系统。该系统是在美国Spectra-Physics公司的TSA—25再生放大系统的基础上，引进了Femto Laser公司的10 fs种子源，运用了自行设计和研制的宽频谱通带展宽器进行脉冲展宽，并且采用了法国Fastlits公司生产的Dazzler(WB-800型)可编程声光色散滤波器(AOPDF)进行色散补偿和光谱整形，通过两级能量放大和高能量真空压缩器，最终获得了10 TW／20 fs级的超短超强脉冲的输出。