随着超短超强激光技术的迅猛发展，目前在小型化台式激光系统上，已经实现了时间宽度为光周期量级(＜5fs)的近红外超短激光脉冲，可聚焦功率密度已经达到了～1022W/cm2量级，这为激光与物质在极端物理条件下的相互作用研究提供了可能。本论文的工作主要是研究超短脉冲激光与物质相互作用，特别是飞秒超快激光在若干固体和气体介质中的能量沉积与非线性传输特性研究，取得了如下结果： 1.实验研究了800nm飞秒激光作用下石英玻璃的破坏阈值和烧蚀规律，发展了雪崩击穿模型，计算了材料的烧蚀阈值与脉冲宽度的依赖关系，烧蚀深度、烧蚀体积与脉冲能量的依赖关系，研究了导带电子的扩散对材料中激光能量的沉积、分布，材料的破坏阈值和烧蚀规律的影响。结果表明，当脉冲宽度在飞秒量级时，材料的破坏阈值明显偏离热烧蚀规律，材料发生了雪崩击穿。研究了材料在800nm，70fs激光作用下材料的烧蚀面积、深度、体积与激光强度的依赖关系。根据雪崩击穿模型，理论计算了材料的烧蚀阈值与脉冲宽度的依赖关系，烧蚀深度、烧蚀体积与脉冲能量的依赖关系。理论结果与实验符合得很好。结果表明，导带电子的扩散对材料中激光能量的沉积、分布，材料的破坏阈值和烧蚀定标率都有重要影响。 2.实验研究了在800nm双脉冲飞秒激光作用下石英玻璃和单晶硅的破坏阈值。通过测量不同的双脉冲之间的延时，以及不同的第一个脉冲的能量所得到的破坏阈值，研究了石英玻璃和单晶硅在飞秒激光辐照后，导带电子的驰豫时间。我们发现在相同的延时条件下，由于不同的吸收机制在双脉冲飞秒激光作用下石英玻璃和单晶硅的激光破坏阈值的变化趋势明显努同。 3.研究了飞秒超短脉冲激光辐照固体材料时的热力学效应和烧蚀破坏过程，在实验上比较了飞秒、皮秒和纳秒激光对材料烧蚀破坏过程所造成的物理形态上的不同。 4.使用纵向衍射的方法测量出等离子体细丝通道的直径和通道中电子的平均密度。从等离子体细丝通道中电子密度在时域的演化过程，发现电子密度可以维持的特征时间是纳秒(ns)量级。 5.使用纵向衍射的方法测量出等离子体细丝通道的阈值，研究等离子体细丝随入射激光能量变化时从单丝到多丝的演化。利用纵向衍射的方法测量等离子体细丝通道中的自由电子密度，可以得到更精确的成丝阈值。同时可以由衍射环的变化能很细致灵敏地观察到等离子体细丝从单丝到多丝的演化。 6.我们还发展了双脉冲飞秒激光的精确延时装置，提出并设计了一种新型的延时装置，可以精确测量两个汇聚在空间某点的超短激光脉冲相互间时间同步情况和延时量，主要适用于精密测量两个波长相同，偏振方向相同或相互垂直的超短激光脉冲汇聚在空间某点时相互间时间延时，测量精度到达数fs量级。提出了一种新的对自聚焦现象进行测量的方法，利用宽带的啁啾脉冲激光作为探针，采用横向偏振测量的方法能够对各种亚皮秒的超快过程如激光在各种气体、透明介质等材料中传输时的自聚焦现象进行单发的实时飞秒时间分辨诊断测量。