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随着激光技术的不断进步，脉冲峰值功率达到PW(10<'15>瓦)量级，聚焦后的强度进入相对论范围；同时脉冲的时间尺度也已经突破飞秒的壁垒，人类迈入亚飞秒甚至阿秒的时代。新型超强、超快激光为光与物质的相互作用研究提供了前所未有的实验手段和极端的物理条件。激光与原子、分子、离子、自由电子、团簇以及等离子等各种形态物质间的相互作用进入了全新的高度非线性与相对论性强度范围。超快强激光与物质的相互作用及其相关应用的研究已经成为当前现代光学乃至现代物理学中一个非常重要的前沿研究领域，为人类认识物质世界提供了新的途径，同时超强、超快激光在化学、生物、材料、医学等学科有着广泛的交叉应用。
现在实验室里已经能够产生载波包络位相(carrier-envelope phase，CEP)稳定且只包括几个光学振荡的周期量级超快激光脉冲。这种周期量级超短快光脉冲失去了波动现象特有的周期性特性，其与物质相互作用出现一系列全新的物理现象和规律，其中位相相关现象是其重点研究内容。本论文将数值求解含时薛定谔方程的方法和全量子的形式散射理论相结合，重点研究了周期量级超快强场激光与原子相互作用中位相相关的光电离现象以及负离子的多光子离解过程，取得了若干创新性研究成果，主要结果如下：
1．较系统地研究了周期量级超快激光脉冲中氢原子的光电离，展示了其中位相相关现象。利用求解含时薛定谔方程的方法，首先建立了瞬时电离率、总电离率与 CEP 及脉冲电场联系的直观物理图像，继而重点讨论了由脉冲 CEP所导致的光电子发射的不对称性随脉冲宽度、强度、以及原子束缚势等的变化。结果显示，部分电离概率以2π为周期随 CEP 呈 sin 型变化；脉冲宽度越短，电离概率随CEP的变化越明显；提高脉冲的强度，在较长的超快脉冲中都能观测到明显的电离概率随CEP的变化现象。
2．将求解含时薛定谔方程的数值模拟和全量子形式散射的解析理论相结合，通过引入不对称参数来表征电离概率的不对称程度，定量研究了不同超快脉冲中原子电离概率不对称性的变化。结果发现：随着激光强度的增加，不对称程度先减小后增加；同时，出现对称分布时所对应的CEP发生改变。进一步研究发现，对应对称分布的CEP的变化同样可以由脉冲宽度以及靶原子电离势的变化所导致。
3．采用数值模拟的方法，确定了周期量级超快激光脉冲中原子电离的标度定律：保持脉冲包络中的周期数和 CEP 不变，如果脉冲载波的频率变为r倍，要得到相同的不对称电离，原子电离势应变为r倍，而相应的脉冲强度变为r<'3>倍。标度定律首次将位相相关的现象与光电子动能、脉冲宽度、脉冲峰值强度以及靶原子束缚势相联系。我们发现：保持其它条件不变，选择具有更大束缚势的靶原子，使用更低频率的脉冲以及增加脉冲的强度，都将使得光电离中的位相相关性更为明显从而易于观测。
4．在量子散射理论框架内，研究了H离子的多光子解离，展示了光电子角分布随激光频率和强度的变化，重现了实验观测的光电子角分布的阈值效应。我们用一复合贝塞尔函数描述多光子解离的电子角分布，解离光电子角分布随激光波长和强度的变化通过贝塞尔函数的变量随激光的波长和强度的变化来描述；近阈值时光电子角分布主枝结构的消失由贝塞尔函数不存在极值点来解释，而不是由于跃迁通道之间的干涉造成。该理论的优点在于只用一个复合贝塞尔函数就完全描述了电子角分布的主要特点，而不像其它理论处理方法需要引入多余的参数。