飞秒激光在透明介质中传播时,如果激光脉冲的峰值功率高于自聚焦的临界功率,由自聚焦与等离子体散焦等线性及非线性效应形成的动态平衡,使得它在介质中的传播距离可以超过光束的瑞利长度,同时在介质中形成了一条明亮的等离子体通道,即光丝。伴随光丝的形成,出现了一些副产品,比如超连续辐射、三次谐波产生、太赫兹辐射以及时空孤子形成等等。飞秒激光成丝及其伴随产物在许多领域具有重要的应用价值,比如人工降雨、远程探测、周期量级脉冲的产生、微纳加工、激光光谱技术等等,因此受到了人们的广泛关注。尽管人们在飞秒激光成丝这一领域开展了大量的研究,但是仍然有一些问题值得进一步探索,比如在不同条件下的成丝过程中等离子体的作用、高阶克尔效应在成丝过程中扮演的角色、激光脉冲的时空分布对成丝动力学的影响、时空孤子的动力学演化及其调控等等。本文基于激光脉冲在介质中的传播方程,研究了飞秒激光脉冲在不同条件下的成丝动力学。主要工作包括以下三个部分:一、通过单向脉冲传播方程的数值求解,分析了紫外激光脉冲在熔融石英中的成丝动力学及超连续谱产生机制。结果表明,紫外飞秒激光脉冲在熔融石英中成丝时,分裂的子脉冲表现出准对称的特点,这与800 nm飞秒激光在固体中成丝时表现不同,其主要原因在于平衡自聚焦效应的物理过程是多光子吸收而不是等离子体散焦。同时,我们借助时频分析研究了超连续谱产生的机制,发现超连续谱的产生主要源于自相位调制,而等离子体引起的光谱展宽并不明显。考虑到电子的碰撞时间存在争议,它会影响雪崩电离的强弱。通过改变电子碰撞时间,发现由雪崩电离引起的等离子体密度的增加并没有导致光谱的蓝移,相反,等离子体密度的增加促进了激光脉冲能量的吸收,这样就抑制了自相位调制效应,从而限制了超连续谱的展宽。这一工作帮助我们澄清了紫外激光在固体中成丝以及超连续谱产生过程中等离子体扮演的角色。二、通过中红外激光在熔融石英中产生的色散波反演了时空孤子的动力学演化。中红外激光脉冲在熔融石英中成丝时,伴随时空孤子的形成,会出现色散波,也称resonant radiation（RR）。所以,我们可以借助于RR的研究来反演时空孤子的动力学。我们首先在实验上利用中心波长为2080 nm的激光脉冲在熔融石英中成丝,观察到RR光谱表现出了明显的非对称性。在数值上,我们通过求解单向脉冲传播方程,也重现了RR的非对称性。紧接着,我们通过时间频率分析,反演了RR的形成过程。主要发现有两点:其一,RR的形成是由于自聚焦效应、等离子体效应、群速度色散、非线性吸收以及自陡峭效应等非线性效应的共同作用形成的。其二,RR光谱的非对称特征源于其在时域的啁啾。我们进一步通过有效三波混频模型分析,发现RR的时域啁啾特征可以归因于相位匹配条件的动态变化,而这种动态变化正是时空孤子的加速传播的体现。这一研究帮助我们更加深刻地理解了 RR的形成、演化以及时空孤子的加速传播过程。三、通过单向脉冲传播方程的数值求解,我们研究了中红外超高斯激光脉冲在熔融石英中的成丝动力学。研究发现,在介质的反常色散区域内,超高斯脉冲和高斯脉冲成丝表现出了明显的差异。这主要表现在以下两个方面。其一,在激光通量相同的情况下,与高斯型脉冲成丝相比,超高斯脉冲成丝所需要传播的距离更短,并且超高斯脉冲的前后沿越陡峭,成丝越早;其二,在初始功率较低的情况下,超高斯脉冲成丝动力学与高斯脉冲成丝动力学表现行为相似,在成丝的过程中形成了单个时空孤子,而在初始功率较高的情况下,超高斯脉冲与高斯脉冲都发生了分裂,但两者分裂的位置不同。通过比较激光脉冲的时域演化,我们发现高斯脉冲的分裂源于空间上的再聚焦和自陡峭,而超高斯脉冲的分裂源于自相位调制效应和色散作用的不平衡所致。这一研究揭示了不同形状的激光脉冲在固体介质中的成丝动力学演化,并为产生特定的时空波包提供了一种方案。