随着飞秒激光技术的迅猛发展，飞秒激光向着脉宽更短、能量更高、光强更强等方向上突破。在超快强激光条件下，光与物质的相互作用呈现出非线性和非微扰的特征，并展现出一系列的新奇现象，如库仑爆炸，隧穿电离，多光子电离，高次谐波，飞秒激光成丝等。　　近年来人们发现，在强激光与物质相互作用的过程中，分子可以被激发形成粒子数反转，从而产生空气激光。目前一系列的研究结果表明，实验上在多种介质中观测到的前向和背向的空气激光主要是基于自发辐射放大或受激种子放大两种完全不同的物理机制。其中基于粒子数反转受激种子放大过程产生的空气激光，其具有窄线宽，高信噪比，良好的相干性以及偏振特性等诸多优点，因而在实时动态的探测物质组成成分，以及远程遥感中具有重要的潜在应用。　　基于上述背景，本论文工作瞄准强场激光与分子气体相互作用诱导产生的超快空气激光这一光学前沿领域，着重实现在远距离位置处的空气激光的产生，以及采用全光学手段调控空气激光的强度，实现空气激光波长的切换，从而推进空气激光在远程遥感以及大气成分探测中的实际应用。　　本论文主要工作和创新性成果如下:　　1.提出了强场激光诱导的远程空气激光产生方法:望远镜系统聚焦。利用飞秒激光泵浦，改变传统单透镜聚焦为望远镜系统聚焦，突破了传统聚焦模式下空气激光产生的距离限制，拓展了空气激光的工作距离，实现了远距离位置处空气激光的产生。　　2.提出了强场激光诱导的空气激光调控手段:啁啾脉冲控制。利用单束飞秒激光泵浦，通过改变泵浦光啁啾，发现同一谱带不同振动态跃迁产生的空气激光强度随着泵浦光啁啾的变化不同。利用双色场泵浦-探测方案，证实了单束飞秒激光诱导的空气激光谱线强度随啁啾变化不同来源于种子的不同。　　3.实现了强场激光诱导的空气激光波段拓展:高振动激发态空气激光。报道了单束800 nm圆偏振飞秒激光在低压氮气中诱导的高振动激发态空气激光。利用泵浦-探测方案，测量了不同气压条件下产生的高振动激发态空气激光的时间演化动力学过程，并指出电子碰撞激发为高振动态空气激光的产生途径。