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1985年啁啾脉冲放大(CPA)技术的提出解决了超短激光脉冲放大的世界难题。与此同时，得益于锁模激光器的发展，尤其是钛宝石自锁模激光器的诞生使得超短激光脉冲的时间宽度进入了飞秒领域。因此，自1990s以来，基于钛宝石的CPA技术得到了迅速发展。迄今为止，世界上多个国家建立了基于钛宝石CPA技术的拍瓦(1015W，PW)级激光系统，聚焦峰值功率能够达到1021W/cm2。如今，国际上多个著名研究机构正在竞相研制10PW量级的超强超短激光系统。 超强超短激光为众多学科领域创造出前所未有的实验室尺度的极端物理条件和实验手段。随着激光技术的发展，各个应用领域对超强超短激光的输出能量、脉宽、脉冲的聚焦特性、脉冲对比度等性能指标提出了更高的要求。所以，如何获得高能量、窄脉宽、近理想聚焦光斑、高对比度的超强超短激光是本领域的研究热点。 本论文依托中国科学院上海光学精密机械研究所研制的拍瓦量级钛宝石CPA激光系统，重点开展了数拍瓦级超强超短激光放大中的关键科学技术问题研究。主要工作在于研究钛宝石放大器的寄生振荡特性，针对不同口径的钛宝石晶体和泵浦条件，提出相应的寄生振荡抑制技术。基于不同口径的钛宝石晶体分别实现了1.26PW、2.0PW、5.0PW的超强超短激光脉冲输出。同时，为了获得更高的能量输出，创新性地提出了可支持10PW输出的钛宝石寄生振荡抑制的新技术，包括时域的双脉冲泵浦，垂直偏振泵浦等新技术。主要研究成果包括以下几个方面: 1.基于Φ80mm口径钛宝石晶体，在折射率匹配的液体包边技术基础上，从理论和实验上研究了泵浦光和信号光之间的延时对钛宝石寄生振荡抑制的影响。通过优化泵浦光与信号光之间的延时，在105J的泵浦能量下，获得了最高能量50.8J的输出。压缩效率为72％，压缩后脉冲宽度为29.0fs，对应的脉冲峰值功率达到1.26PW，是基于Φ80mm口径钛宝石晶体的最高输出峰值功率。 2.基于Φ100mm口径钛宝石晶体，在延时优化的基础上，采用更高折射率的匹配液和溶解性更好的吸收体，通过提高注入种子光的能量，终端钛宝石放大器的寄生振荡被有效抑制。在6.5J种子光注入，140J泵浦能量下，放大后的脉冲能量达到72.6 J，压缩后脉冲宽度为26.0fs，对应的脉冲峰值功率达到2.0PW，是目前国际上已报道的最高峰值功率的拍瓦级超强超短激光系统。 3.通过优化双端泵浦光的脉冲时序、泵浦光与信号光之间的延时，以及注入种子光的能量，采用低掺杂浓度的Φ150mm口径钛宝石晶体，终端钛宝石放大器的寄生振荡被有效抑制。在35J种子光注入，312J泵浦能量下，实现了最高192.3J的放大能量输出，是当前国际上基于钛宝石CPA技术输出的最高能量。该实验结果是国际上发展10PW超强超短激光系统的重要进程。 4.基于2.0PW的实验结果，通过理论模拟得到了单脉冲泵浦条件下表面横向增益随时间变化的特点，提出了采用时域双脉冲分布的泵浦光抑制钛宝石放大器寄生振荡的新技术。对比了时域单脉冲分布与双脉冲分布的泵浦光对表面横向增益的影响。通过优化泵浦光的时域分布以及种子光与泵浦光之间的延时使得表面横向增益最小化。该技术理论上可以支持10PW放大输出，并抑制钛宝石寄生振荡的发生。 5.针对更大口径的钛宝石晶体，利用钛宝石晶体对泵浦光的偏振选择吸收特性，提出了通过改变泵浦光的偏振来降低钛宝石的吸收系数，从而抑制大口径钛宝石晶体的寄生振荡的新技术。在不同的液体包边条件下，对比了σ偏振和π偏振两种泵浦方式下的输出能量，光斑以及光谱特性。得出了在不同泵浦条件下，寄生振荡和放大的自发辐射之间的关系，为实现10PW超强超短激光脉冲输出提供了新的寄生振荡抑制技术，以及更加全面的实验研究。