近十年来，超强超快激光技术的持续发展大大促进了激光电子加速，等离子体物理，强激光与物质相互作用，阿秒光学等前沿学科的重大突破。飞秒拍瓦激光同时具有超强的峰值功率和超短的脉冲宽度，聚焦功率可以接近1022w/cm2，使得光与物质相互作用研究进入相对论光学范畴。目前，世界上各个主要的激光实验室争相开展研究10拍瓦甚至更高峰值功率的超强超短激光脉冲，以期能够在实验室内创造出前所未有的极端物理条件，为强场激光物理研究提供新的手段。　　本文依托中科院上海光机所研制的上海超强超短激光装置，针对十拍瓦级飞秒激光系统中的关键技术问题，开展理论和实验研究，取得的主要创新性成果有:　　1.建立了一套激光传输放大的数值计算模型，以此为基础设计并搭建了上海超强超短激光装置的泵浦源系统。包括一套高稳定的泵浦源前端再生放大器，一套2×180J@1053nm的钕玻璃棒状放大器，一套1200J@1053nm的钕玻璃片状放大器。通过数值计算优化选择KDP参数，采用Ⅱ类倍频获得了大于50％转化效率的526.5nm泵浦光输出。　　2.发展折射率匹配液包边结合泵浦、信号光延时精确控制方案，并优化注入信号光强度，有效抑制了150mm大口径、低掺杂钛宝石放大器中的寄生振荡效应，在泵浦能量为312J时，获得了192.3J的放大能量输出，转换效率达到50.4％，达到当时国际同类装置的最高输出。并在相同条件下，实验研究对比了不同掺杂浓度的大口径钛宝石放大器输出性能。　　3.以数值模拟为基础，设计分析了利用时域双脉冲泵浦钛宝石放大器的方案，用于抑制更高输出能量下啁啾脉冲放大过程中的寄生振荡和横向自发辐射荧光放大，并通过实验验证了该方法的有效性。实验中放大器在320J泵浦下输出202.8J的单脉冲能量，转化效率为49.3％。在64％的压缩效率条件下，获得24fs的压缩后脉宽，脉冲峰值功率达到5.4PW，达到国际最高水平。实验结果与理论模拟吻合，证明双脉冲泵浦方案可以推广到多脉冲泵浦，为未来实现10PW超强超短激光脉冲输出奠定了技术基础。　　4.建立了一整套光纤激光器和光纤放大器的数值计算模型。设计了一套20ns，毫焦量级全光纤放大器用于代替前端再生腔，以提高系统的长期稳定性。数值模拟分析了锁模光纤激光器输出飞秒脉冲并在正色散非线性光纤中进行光谱展宽获得超宽带脉冲，以此作为拍瓦激光系统宽带光种子源的方案。