随着啁啾脉冲放大技术(CPA)的不断发展,出现了脉宽为几十飞秒、强度可达10～1022W/cm2的超短超强激光脉冲。这样的高强度短脉冲激光在介质中传输时会引起很强的非线性效应,产生许多不同寻常的物理现象。飞秒激光在大气中传输时能够形成上百米甚至数千米的等离子体通道,这与许多实际应用密切相关,如产生太赫兹波、超宽带激光雷达、激光引雷等。激光在等离子体中传输时,它与等离子体相互作用能够产生高次谐波、软x射线激光,以及高能粒子束等,将其用于社会生活中将会对人类社会的进步起到巨大的促进作用。本文首先系统阐述了激光在等离子体等介质中传输的物理机制,针对强激光在传输过程中涉及到的引导以及聚焦等物理问题进行了模拟研究,主要工作可分为以下三个部分：一、对用于激光尾波场电子加速的充气型毛细管和喷气靶进行了模拟和分析。对于充气型毛细管气体靶,在充气达到稳定状态后,形成空间均匀的气体密度分布。毛细管的结构参数,如进气口的位置和宽度对气体密度分布的边缘有较大影响。采用锥形喷气靶可使气体密度分布的边缘更陡,但是锥形喷气靶的气流平稳性和气体密度分布的空间均匀性不如充气型毛细管气体靶。二、通过数值模拟研究了延迟拉曼效应和高阶克尔效应对飞秒激光在大气中传输的聚焦、稳定传输长度以及对光谱的影响。延迟拉曼效应对激光自聚焦的位置、以及再次聚焦的次数有较大影响,它使自聚焦光强对激光束腰的变化敏感,在传输中使频谱展宽的中心向长波长移动。高阶克尔效应导致自聚焦的最大光强降低,在传输中频谱展宽相对对称。同时考虑延迟拉曼和高阶克尔效应的全模型中,在相同的激光输入功率条件下,较大的初始脉宽会增加激光的自聚焦稳定传输长度。三、详细推导了弱相对论激光在等离子体中传输的近轴射线方程,研究了外加通道、轴上等离子体密度、激光功率以及初始光斑尺寸对传输的影响。外加密度通道能够对激光束进行有效的引导。预通道轴上等离子体密度增加,能使激光光斑尺寸变得更小,激光强度变的更高。在模拟参数范围内,激光入射功率增加使相对论自聚焦增强。较小初始光斑尺寸的激光在传输过程中抖动较小,相对较稳定；较大初始光斑尺寸的激光在传输过程中其光束半径能够被聚焦到更小的尺寸。