飞秒激光在透明介质中传播时,当其峰值功率超过克尔自聚焦临界功率时便会发生自聚焦效应,使得介质中的分子被电离并产生大量的等离子体,而产生的等离子体将会对入射脉冲激光产生散焦作用,当二者达到动态平衡时即形成了等离子体细丝,也就是为人们熟知的飞秒成丝。在成丝的过程中将会发生许多非线性效应,例如锥角辐射、超连续白光、太赫兹辐射、高次谐波以及自相位调制等等。这些非线性效应使得飞秒成丝受到越来越多的关注并成功地应用在许多领域中。本论文针对飞秒激光在空气成丝过程中产生的超连续白光、三次谐波等非线性效应做了相关的研究;同时采用锥透镜作为聚焦光学元件以及不同的探测方法研究了在不同条件下飞秒激光在空气中成丝的相关特性。主要研究内容如下:(1)介绍了入射激光偏振,外置透镜焦距变化对于在飞秒激光成丝过程中产生的超连续白光的影响。通过从相同焦距下不同入射激光能量及入射光偏振态的角度分析了其对白光光谱的影响。在相同的光场强度以及相同的自聚焦临界功率的条件下分析了不同入射光偏振态对于产生的超连续白光的影响。并尝试用不同的机理解释超连续白光形成的原因。(2)采用双光束技术探寻空气中分子准直对于产生的三次谐波的调制作用。通过改变准直光与成丝激光之间的时间延迟以及能量探寻其对产生的三次谐波的影响,另外改变入射光偏振态探寻不同偏振态对于分子准直过程的影响。实验中发现当两束光的时间延迟为氮分子以及氧分子的转动周期时,不仅获得了更强的三次谐波,与此同时,获得的三次谐波的线宽也明显展宽。(3)采用准贝塞尔光束产生等离子体细丝,通过改变入射光的能量以及偏振态来探寻其对成丝过程的作用。入射光通过锥透镜后形成准贝塞尔—高斯光束,并在成丝过程中发现了明显的周期性结构。相比于传统的平凸透镜,采用锥透镜作为聚焦透镜可以有效的延长等离子体细丝的传播距离,不同锥角的锥透镜在成丝过程中也起着不同的作用,在相同光斑直径入射光的前提下,带有大角度锥角的锥透镜更有利于延长丝的距离,小角度锥角的锥透镜产生的细丝在光轴上的强度分布更加接近于贝塞尔光束的强度分布。(4)从时间分辨的角度分析了贝塞尔光束对于成丝过程的影响。我们采用底角分别为0.5°以及5°的锥透镜作为聚焦光学元件,用ICCD拍摄成丝过程中等离子体细丝随时间的变化。与此同时,我们采用成像法探寻改变入射光的偏振态对成丝过程的影响。