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随着超快超强激光技术的快速发展，人们在实验室内产生的光场越来越强，强度可以和原子中电子感受到的内场相比拟。利用这样强的激光与物质相互作用，物质将会释放出高能光子（即高次谐波），其能量是入射激光光子能量的几十到上百倍。对于波长800 nm的典型飞秒掺钛蓝宝石激光，其与气体相互作用产生高次谐波的光子能量可以达到几十到数千电子伏特，脉宽可以短至百阿秒(10-18)量级。高光子能量和短脉宽的特点使得高次谐波被视为一种理想的光源，得到了广泛的重视和发展。 另外一方面，高次谐波的产生过程可以看作电子和物质的碰撞过程。激光将电子从物质内部电离，再加速电子，并将其拉回母核，最后电子和母核碰撞，将多余的动能以高次谐波的形式释放出。电子波包包含有物质的结构、在自由态的运动和驱动激光的信息，通过碰撞，将它们传递给高次谐波。因此，从高次谐波光谱中可以观测整个动力学过程，并且能探索物质的结构。这方面的研究被称为高次谐波光谱学，近年来得到了广泛的关注和发展。 本论文的工作围绕高次谐波而进行，一方面优化高次谐波和阿秒脉冲的产生，另一方面探索高次谐波光谱学，尝试从高次谐波光谱中提取反应过程的信息。 第一章给出了高次谐波产生过程的完整理论框架，包括高次谐波产生的单原子效应，以及宏观传播效应。 第二章探索驱动激光时间结构对高次谐波产生的影响。我们提出，使用驱动激光的单个半周期扫描光场本身，从CEP依赖的高次谐波谱中，能够对驱动激光的时域波形进行原位诊断。 第三章探索驱动激光的空间结构对高次谐波的影响，我们提出，使用光学元件截取TB(Truncated Bessel)光束，可以使激光相位面和偶极相位面的弯曲方向相反，这样，产生区域高次谐波的相位面就变成一个平面，最终的高次谐波有着极小的发散角。 第四章我们使用周期量级的激光，并且提出，把气体靶放在激光峰值强度之前的位置上，可以得到全量子轨道分辨的高次谐波光谱。在光谱中，激光不同半周期激发出的量子轨道产生的高次谐波在光子能量方向被分开，同一半周期长短轨道产生的高次谐波在发散角方向被分开。这样我们在实验上第一次得到了从电子连续态的量子轨道到高次谐波二维光谱的全映射图。 第五章给出了高次谐波和阿秒脉冲产生的实验装置，基于这样的装置，我们获得了160as的单阿秒脉冲;最后给出了不同惰性气体在同样激光参数下的高次谐波光谱，不同气体的高次谐波光谱分布有着明显的不同，这些初步的实验结果显示，高次谐波中包含有气体结构信息。 第六章是总结和展望。