飞秒强激光与气体分子相互作用时,气体分子会被迅速剥去若干个电子,生成高价态的母离子。母离子内部基团间强大的库仑斥力会使母离子发生解离,生成动能很高的碎片离子,这个过程就是库仑爆炸(Coulomb Explosion,即CE)。飞行时间谱仪(Time of Flight Mass Spectrometer,即TOFms)是一种简单可靠的质谱分析仪器,常被科研工作者用于气体分子和团簇的库仑爆炸的研究工作中。本人在攻读硕士学位期间搭建了一套高分辨的飞行时间谱仪系统,通过使用新的数据获取和分析方法,精确地对N2分子发生库仑爆炸时的反应道进行了判定,同时也对不同库仑爆炸反应道释放的能量进行了计算。本文的研究成果主要包括以下三个方面。首先,成功研制了一套质量分辨率(m/?m)超过2000的飞行时间谱仪系统。我们对微通道板探测器的供电电路进行了多次改进,得到了脉宽小于2ns且无振荡拖尾的脉冲信号,提高了探测器的时间分辨。我们对真空获取系统进行了优化,获得优于84.0 10 Pa-×的超高真空环境,减少了离子信号在微通道板探测器上的堆积。我们对比了多种数据采集及处理方法,最后决定采用数字化仪ADQ412作为整个系统的数据采集装置,同时编写了后续的寻峰统计程序,这使得我们的飞行时间谱仪系统可以连续获取激光气体靶相互作用过程中的离子信息。其次,我们对微通道板探测器输出的脉冲信号幅度进行了统计,发现微通道板探测器的输出信号幅度具有很强的随机性,不能简单的使用脉冲信号幅度大小来区分不同的离子。最后,我们对比了多种判断库仑爆炸反应道的方法,选择使用“协方差地图法”在飞行时间质谱出现峰位叠加的情况下,准确地对强激光场中N2分子库仑爆炸反应道进行了判定分析,同时我们还计算了不同库仑爆炸反应道所释放的能量。本文包括五章内容。第一章为绪论。第二章介绍飞行时间谱仪的设计原理以及参数优化,包括真空获取系统,飞秒激光系统,加速电场设计,微通道板(MCP)探测器的设计和优化等若干个方面。第三章介绍飞行时间谱仪的数据获取和分析原理,对飞行时间谱仪进行测试,使用新的定标方法,精确确定飞行时间质谱上不同峰位对应的离子的质量电荷比。第四章介绍超快超强激光场中气体分子的电离机制,重点对氮分子的库仑爆炸理论和库仑爆炸的解离通道进行分析讨论,使用协方差地图法,对库仑爆炸反应道进行精确判断,同时对比协方差地图法,符合近似法和质量分辨动量成像法的优缺点。第五章为总结和展望。