高强度的超短脉冲激光可使中性气体在激光脉宽时间内就能很快发生完全电离而产生高密度的等离子体,同时形成一个近似光速向前传播的等离子体-中性气体界面,称其为相对论电离波前,论文围绕电磁波与相对论电离波前的相互作用,进行了相关的理论和实验研究。从光线追迹方程出发,对电磁波与电离波前二维作用产生的频率和角度变化进行了研究,得到了五种作用情况下的频率变换公式,指出除了频率上移,在特定等离子体密度和波前速度条件下,还会发生频率下移的现象。利用运动边界条件和Maxwell方程组,得到TE偏振电磁波斜入射时电离波前的反射系数、透射系数和静磁场系数,指出在等离子体密度较低时,会出现反射波完全消失的情况。研究结果表明,要从实验上观测透射波显著的频率上移,除要选取合适的入射角,还必须提高电离波前的相对等离子体密度。建立了一套飞秒-纳秒激光与高密度超音速喷气作用的实验系统,并对紫外飞秒激光电离喷气产生相对论电离波前的过程进行了研究。实验中利用紫外飞秒激光与不同密度的氦气和氩气喷气作用,测量了由于飞秒激光超快电离引起的自身光谱蓝移,并对紫外超短脉冲强激光电离高密度喷气的过程进行了数值模拟,得到了气体电离形成的电离波前等离子体密度分布与激光参数的关系,并提出用电离上升时间和密度增长厚度这两个特征参数来刻画超短激光电离形成的电离波前的等离子体密度分布特性,指出等离子体密度分布更“陡”的电离波前需利用更短的激光脉冲电离更高密度的气体产生,仅提高激光强度并不能有效提高其密度梯度。利用纳秒探针激光研究紫外飞秒激光电离高密度超音速喷气产生的电离波前的实验中,在可见光波段观察到强烈的光辐射,它远强于飞秒激光或纳秒激光脉冲单独与喷气作用时的辐射。这种飞秒-纳秒双激光脉冲导致的辐射增强效应,可能是由飞秒激光电离产生的初始电子在纳秒激光场中通过逆韧致过程发生级联碰撞电离引起。论文还对增强辐射的光谱特性进行了测量,观察分析了双脉冲之间的延时对辐射增强效应的影响。