燃烧诊断是探究燃烧过程中复杂的反应机理、实现能源高效利用的必要手段。近年来,激光光谱技术,因其具有非侵入性、实时监测等特性而被广泛应用于测量燃烧场的各种参数,如中间产物种类与浓度、温度、压力、当量比等。然而,在分析燃烧场内中间产物种类及分布时,大部分激光燃烧诊断方法需要对被探测物质进行共振激发,导致每次只能探测一种燃烧中间产物。近期,人们基于飞秒成丝现象提出了一种新型的激光燃烧诊断光谱技术,即光丝诱导非线性光谱技术,实现了利用单一光源同步探测多种燃烧中间产物的可行性,展示了光丝谱学技术在燃烧诊断领域内的应用潜能。另一方面,制约该领域发展的瓶颈之一是光丝诱导燃烧组分信噪比低,因而研究基于飞秒光丝荧光放大技术对发展新型光丝燃烧诊断光谱技术具有重要意义。本论文是围绕进一步拓展光丝谱学技术在燃烧诊断领域的应用而展开的,主要工作内容包括如下两个部分:1.为了进一步深入理解光丝与燃烧中间产物非线性作用过程,本文探索了激光脉宽和偏振效应对光丝诱导火焰内中间产物荧光强度的影响,发现各种燃烧中间产物的荧光信号强度随着激光脉宽增加而减弱;当激光偏振从线偏振变换为圆偏振时,荧光信号强度呈下降趋势。上述荧光变化趋势被归结为初始激光参数对光丝品质的影响。2.为提高飞秒光丝诱导燃烧组分荧光信噪比,本文以空气为介质,研究了光丝诱导荧光增强技术,利用偏振整形激光场可诱导空气中氮分子离子产生激射(B~2∑_u~+(v=0)→X~2∑_g~+(v’’=0)),其激射强度相比线偏振光激发可提高两个数量级。通过侧向荧光光谱分析和理论模拟,我们发现激射增强的物理原因是由于处于氮分子离子基态粒子数X~2∑_g~+(v’’=0)在偏振调制激光场中被大量抽运到激发态A~2∏_u,从而加大了氮分子离子激发态B~2∑_u~+(v=0)和基态X~2∑_g~+(v’’=0)间粒子数反转。高强度氮分子离子激光的获得为发展基于的光丝诱导燃烧组分荧光增强奠定了基础。综上所述,本论文以拓展光丝谱学技术在燃烧诊断领域应用为主线,对强飞秒激光在火焰和空气中诱导的荧光和激射现象进行了详细研究,探索了激光参数如脉宽和偏振等对火焰内光丝诱导中间产物荧光强度的影响,为深入理解光丝与燃烧场相互作用提供数据支持;而且,提出了一种可有效提高光丝诱导氮分离子激光的实验方案,为进一步研究飞秒成丝诱导火焰激射现象并发展新型激光燃烧诊断谱学技术奠定了基础。