高能高功率的皮秒超短激光脉冲在工业加工、科学研究等领域有着广泛的需求。然而,皮秒-百皮秒超短激光脉冲的高效放大却面临着诸多问题:直接放大皮秒-百皮秒脉冲的方案效率低、成本高;利用受激布里渊散射将纳秒脉冲压缩至百皮秒,脉冲产生时间出现抖动,时间精度较低;采用传统啁啾脉冲放大技术(Chirped Pulse Amplification,简称CPA)对皮秒脉冲进行放大,所需色散量大,且系统体积庞大、结构复杂。啁啾布拉格光栅损伤阈值高、色散能力强,系统结构简单紧凑,本论文针对皮秒-百皮秒脉冲的展宽和压缩,开展了啁啾布拉格光栅带宽特性和色散特性研究,提出并使用对称级联啁啾布拉格光栅结构作为展宽器和压缩器,获得了大色散延迟量,将皮秒级脉冲展宽到纳秒量级。取得的主要结果如下:1.采用传输矩阵和F矩阵方法,结合经典耦合波理论,研究了啁啾布拉格光栅的带宽特性和色散特性。结果表明:随着入射角度增加,光栅通带和色散区域均向短波长方向移动;啁啾布拉格光栅的群延迟以线性部分为主,最大群延迟差与光栅厚度成正比;群延迟振荡来自入射面附近的反射光与光栅内衍射光之间的干涉,采用切趾技术可以有效抑制这种振荡。2.啁啾布拉格光栅展宽与压缩脉冲的能力与光栅厚度相关,纳秒级的脉冲展宽与压缩要求光栅厚度高达数十厘米。本论文在多块啁啾布拉格光栅级联的基础上,提出了一种对称的级联构型,该构型具有单块光栅厚度小、消空间啁啾和“即插即用”等优点。采用该对称级联构型分别对高斯型和双曲正割型脉冲进行了展宽和压缩模拟研究,数值模拟结果表明:该对称级联构型能够将脉冲由10 ps展宽至1 ns,并再压缩至10 ps,具有大色散延迟量,为基于啁啾布拉格光栅的大色散延迟量脉冲展宽与压缩提供理论参考。3.采用1030 nm皮秒光纤激光器,开展了啁啾布拉格光栅展宽与压缩脉冲的实验研究,在一块光栅上同时实现脉冲展宽与再压缩,且再压缩脉冲脉宽与初始脉冲脉宽相等。采用两块光栅级联结构设计,将脉宽15 ps的初始脉冲展宽至约1 ns,与数值模拟结果相符合,整个展宽器的长度可控制在约23 cm。4.采用平面波与柱面波干涉曝光和两步热处理法,在光热敏折变玻璃中制备了啁啾布拉格光栅,利用超连续谱光源测量了光栅的波长选择性曲线。当光栅线对数为3650 lp/mm、折射率调制幅度为103 ppm时,传输矩阵方法模拟得到的波长选择性曲线与测量结果相符。5.采用能量50 J、脉宽3 ns、中心波长1053 nm的激光器,开展了啁啾布拉格光栅的激光损伤研究。在1-on-1测量方式下,光栅的零概率面损伤阈值约为10.3 J/cm2;在R-on-1测量方式下,光栅的零概率面损伤阈值为15.2 J/cm2,光栅的零概率体损伤阈值为19.1 J/cm2。利用光学显微镜对样品表面损伤形貌进行了研究,发现样品后表面的能量沉积多于前表面。采用经验公式,并结合光热敏折变玻璃的色散曲线,估算得出基于光热敏折变玻璃的啁啾布拉格光栅的非线性折射率为4.7×10-20 m2/W。这些结果可为啁啾布拉格光栅在高能高功率激光条件下的应用提供参考。本论文所取得成果可为扩展啁啾脉冲放大技术的应用研究提供参考,同时也为皮秒-百皮秒超短激光脉冲的展宽与压缩提供一种简单、紧凑的解决方案。