周期量级超短激光脉冲与物质相互作用研究是当今强场激光物理领域的热点研究方向，量子相干控制也是国际上近年来兴起的前沿研究领域，周期量级超短激光脉冲与物质相互作用中的量子相干控制研究作为交叉前沿，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。 本学位论文对极端非线性光学条件下，尤其是周期甚至亚周期量级超短脉冲与物质相互作用中的量子相干控制光谱以及超短激光脉冲传输中的时空耦合等特性进行了系统的研究，取得了一系列创新性研究成果。这些成果主要包括： 1.首次探讨了亚周期阿秒脉冲在高密度二能级介质中的面积演化特性。研究发现，由于亚周期阿秒脉冲强的载波拉比振荡效应及载波自相位调制的影响，2π脉冲载波发生明显调制，透射光谱中有明显的高频成分产生，自感应透明现象消失。对于非2π整数倍脉冲，脉冲在传播过程中也不趋向于2π自感应透明，透射光谱中仍有高频成分产生。而且，产生的高频成分与脉冲面积密切相关，面积越大，高频成分越明显。因此，对于亚周期阿秒脉冲来说，面积定理完全失效。 2.提出了利用双色场相对相位控制实现二能级介质中小面积激光脉冲透射光谱中高频成分产生的新方案。研究发现，即使对于小面积超短激光脉冲，由于双色场之间的相干作用，其透射光谱中也会有高频成分产生。而且透射光谱与初始相对相位密切相关。采用适当的双色场组合脉冲，通过控制双色场之间的相对相位，能够选择性地产生连续或分立的高频成分。 3.研究了周期量级超短激光脉冲啁啾量子相干控制光谱效应。发现其光谱特性与初始啁啾密切相关：对于啁啾率比较小的情况，正啁啾对应光谱蓝移，负啁啾对应红移。然而，当啁啾率比较大时，正啁啾脉冲使介质透明，而负啁啾则使光谱中出现明显的高频成分。 4.将周期量级超短激光脉冲与二能级介质的相互作用推广到简并三能级介质中，并分析讨论了其光谱的演化行为。研究发现，在简并系统中产生高频成分所需要的激光脉冲强度大大降低。而且，当激发态之间的频率间隔增大时，自感应透明现象不能实现，脉冲光谱发生明显分裂。 5.最后，探讨了电离效应对周期量级超短激光脉冲在二能级介质中传播的影响。结果表明，当电离现象主要由脉冲峰值处的载波引起，且电离的粒子数比较少时，电离效应对脉冲传播的影响主要表现在对分裂的小脉冲的吸收上，其光谱在跃迁频率附近的振荡现象减弱，但产生的高频成分基本没有影响。但当粒子被完全电离时，高频成分的产生明显受到抑止，即使增大脉冲面积，产生的高频成分也不会相应增多。