开发了由高重复频率（3 kHz）高能量（3 mJ）钛蓝宝石激光器驱动的极紫外和软X射线高次谐波激光光源。该光源系统在30 nm（光子能量为~45 eV）波长附近实现了大于120 μW的平均功率，在13.46 nm波长（光子能量为~92 eV）处实现了1.9 μW的平均功率，其中在13.46 nm波长处带宽为0.124 nm的单个谐波实现了0.32 μW的平均功率。此外，在该系统中，激光功率连续12 h的不稳定性均方根小于5%，连续8 h光束指向均方根小于10 µrad。该系统在生物成像、干涉光刻和芯片检测等领域中具有重要应用。

超短超强激光脉冲驱动的高次谐波是一种极紫外到软X射线波段的光源，具有指向性好、时空相干性高、亮度高等优点。高次谐波不但是在阿秒时间尺度上研究电子动力学的基础，而且其各类技术优点也使之成为一种有效的桌面型极紫外相干光源，在集成电路制造在线检测、材料科学、生物医药等领域中具有广泛应用。然而，受限于传统钛蓝宝石固体飞秒激光的平均功率和高次谐波传播过程中的转换效率，目前高次谐波极紫外光源的平均功率亟待提高。介绍了高重复频率、高平均功率高次谐波极紫外光源的产生方式及其应用。首先介绍了光纤、固体、啁啾光学参量放大器等新型高重复频率、高平均功率飞秒激光驱动源在高次谐波产生方面的研究进展，之后讨论了激光高次谐波在弱电离气体介质中的宏观传播效应和相位匹配条件。在此基础上，介绍了高平均功率高次谐波极紫外光源在成像检测方面的应用。

超短强激光脉冲与物质相互作用产生的高次谐波辐射是一种相干的极紫外或软X射线光源，并且在时间上还是阿秒脉冲串。在不同介质中探寻更有效的高次谐波产生方案一直是研究热点。利用飞秒激光烧蚀低密度等离子体羽可将高次谐波扩展到几乎任何固体材料，极大地丰富了媒介的选择性。由于某些材料的等离子体内低电离态离子共振跃迁频率与谐波波长存在匹配，使得在极紫外波段特定阶次谐波表现出明显的共振增强效应，从而能够获得强单色的高次谐波辐射。结合纳米颗粒的近场增强效应和较大的电子回撞截面，极紫外波段的高次谐波转换效率可以进一步得到提高。激光等离子体高次谐波有望产生高脉冲能量、增强阶次可调和高重复频率的相干极紫外辐射。综述单阶谐波共振增强效应的产生原理和研究进展，分析各种优化方法和光场调控手段，并对未来的发展趋势进行展望。

高重复频率极紫外光源已被广泛应用于电子动力学研究，并且在阿秒谱学研究和显微成像中有广阔的应用前景。高重复频率极紫外光源正在朝更高重复频率、更高光子通量、更高光子能量和更短脉宽的方向发展。介绍了高重复频率极紫外光源的产生和调控，以及极紫外光源应用的分辨能力优化，并展望了高重复频率极紫外光源的未来发展趋势。

利用百太瓦级激光系统在氖气（Ne）中得到基于高次谐波产生的极紫外脉冲。通过松聚焦结构在13 nm波段产生单级次单脉冲能量为13.5 nJ（13.1 nm波长）和11.1 nJ（13.5 nm波长）的高次谐波辐射，转换效率为3.6×10-7和3.0×10-7，谐波发散角的半高全宽为0.32 mrad和0.33 mrad。对含时薛定谔方程进行数值求解，得到单原子偶极发射谱，结合麦克斯韦方程组模拟传播效应，同时考虑气体对谐波的吸收效应，理论模拟得到的信号强度随气压和光强的变化趋势与实验结果基本符合。实现相位匹配的谐波光束质量很好，纵向空间分布为高斯型。结合相位匹配条件和空间分布的分析得到了目前激光参数下的最优相位匹配条件。这种基于高次谐波机制的高能量相干极紫外光源在作为自由电子激光的种子光源以及超快非线性实验和半导体工业检测等方面具有广阔的应用前景。

高次谐波自身特性的表征是其在超快时间测量中应用的前提，但是由于其所处波段和宽带光源的特性，使得其三维时空相位的完整测量一直是高次谐波表征的难题。多波长高次谐波的相干合成可以获得阿秒脉冲，但是目前阿秒脉冲的相位测量也只能获得一维时域信息。针对以上问题，提出了一种改进的混态叠层衍射成像方案来解决高次谐波的空域测量，成功实现由多个极紫外（EUV）波长构成的高次谐波梳的空域复振幅重建，并研究了样品吸收对空域复振幅重建过程的影响。研究发现，对于多波长高次谐波重建速度和质量，存在最优的样品衍射图案对比度。

利用强场近似理论开展了正交偏振双色场与氦原子相互作用产生高次谐波和阿秒脉冲的理论研究。正交偏振双色场由少周期的4 fs钛宝石驱动脉冲激光和与它偏振方向垂直的8 fs倍频控制脉冲构成。研究发现，通过合理选择两束脉冲之间的相对相位，能够控制高次谐波发射过程中长、短电子轨道的选择。当相对相位调整为1.2π时，平台谐波主要来自短轨道电子的贡献，由于其运动时间短、波包扩散少，且没有与长轨道电子谐波产生干涉，沿驱动脉冲电场方向的高次谐波谱具有较高强度和较小调制幅度的超连续平台区，通过对第120次到第180次超连续谐波进行傅里叶变换，可产生脉宽为54 as的高强度孤立阿秒脉冲。所提方案对组合脉冲相对相位的选取要求并不严苛，在0.3π的变化范围内皆可获得脉宽较短的孤立阿秒脉冲，同时控制脉冲电场强度的变化对上述数值模拟结果的影响也很小。

通过求解长度规范下的半导体布洛赫方程，分析了液态水在双色场驱动下发射高次谐波光谱的特征。研究表明，通过调节双色场中基频和倍频脉冲的相对相位，高次谐波光谱呈现出周期性调制的特征。在一个调制周期内，奇次谐波会随着相对相位的增加发生红移，而产率先增大后减小。时域分析结果表明，光谱移动源于正负半周期之间发射高次谐波频谱的干涉效应。

原子或分子的光电离是强场物理效应的基础。在强场近似下，对于少周期激光脉冲，实验中已证实采用双色激光脉冲场可以增强和相干控制分子的电离。同时，双色场相对相位也是非常重要的参数，借助相位结构的改变来调节分子的电离亦是控制和优化激光与物质相互作用的重要方式。基于此，本文借助Lewenstein模型计算了双色激光脉冲场中利用CO分子高次谐波获得的阿秒脉冲，分析了不同分子取向下相对相位对分子电离以及产生阿秒脉冲的影响。结果显示，平台区域的超连续展宽在任意相对相位下均可产生，但随着分子取向和激光场相对相位的变化，电离较低时易获得超短孤立阿秒脉冲。