自从超短超强激光脉冲问世以来，追求更短更强的激光来提供极端条件成为激光领域的先端发展趋势。脉宽小于介质自发辐射寿命的周期量级脉冲，被广泛应用于光与物质相互作用、极端非线性光学、阿秒物理和高次谐波产生等领域。但由于周期量级脉冲已经失去了长脉冲的周期性波动特征，传统的旋转波近似和慢变包络近似在解决周期量级脉冲非线性传输问题时失效，因此只能借助于数值模拟方法来求解介质的响应及其对传输光场的影响。本文用时域有限差分的方法求解麦克斯韦(Maxwell)方程，用预测校正或者四-五阶龙格库塔等方法求解与光场耦合的描述介质响应的布洛赫(Bloch)方程，系统研究了周期量级脉冲在高密介质中的传输特性。重点展示了非线性涡旋前驱子、时空孤子、反射谱中超低频峰、反常干涉增强和频移控制等新奇物理现象并揭示了其产生背后的物理机制。　　本研究主要内容包括：⑴基于全波一维Maxwell-Bloch(MB)方程的数值求解，考察了周期量级脉冲在二能级原子介质中传输问题，着重探讨了透射谱特征。研究发现:1）透射谱中频谱成分的蓝移以及高频成分的产生;2）在透射场中发现了非线性光学前驱子。通过对旋转波近似和非旋转波近似下的数值结果进行对比分析，揭示了非线性光学前驱子产生的物理机制。⑵建立、升级和发展了可用于精确描述周期量级超快涡旋光时空传输特性的3+1维MB模型。数值考察了涡旋光在传输过程中横向和纵向光场分布的变化、时空孤子的形成等。揭示了超前主脉冲的非线性高阶涡旋前驱子的存在;并研究了此类前驱子的涡旋特性、线性前驱子和非线性前驱子的转变、以及传输效应在其中发挥的作用。⑶基于全波MB模型的优势(以往研究的数值探讨集中在前向近似下的MB)的考量，本论文可用它来探讨背向传输的问题。通过记录周期量级脉冲在体结构介质中经过一段时间传输后的反射光场，考察其反射谱，首次发现了反常超低频峰(Low-Frequency-Spike，LFS)的存在。通过详细分析反射光场的时域结构和演化过程，探讨了可能存在的各种反射机制在反射谱中的表现形式。最后，基于多普勒红移(Doppler Redshift，DR)理论解释了低频峰的产生;并从吸收前沿速度和低频峰频率关系、低频峰随外界参数的变化规律、以及RWA对低频峰的影响三个角度证实了DR就是LFS出现的根源。特别值得指出的是，通过讨论激光和介质参数变化对DR的影响，从物理概念上统一了人们对超短脉冲中的DR和长脉冲中的动力学趋肤效应的认识。⑷研究了周期量级脉冲在超薄介质中传输时反射谱的谱特征。通过改变介质尺度、入射脉冲面积和脉冲宽度，观察激光载波频率处的光谱强度随参数的变化规律，首次发现了与经典干涉理论预言相悖的反常干涉增强现象。该反常现象是激发脉冲过后介质中残留能量伴生的瞬态效应的必然结果。如果人为改变激光脉冲载波频率和介质的退相干时间等，将有效抑制掉瞬态效应引起的干扰，最终将使超薄介质的波膜干涉规律回归经典情形。⑸研究了周期量级脉冲在一维周期性类晶格介质中的传输特性。研究返现，反射光谱中干涉峰的位置和频率间隔由布拉格反射条件决定;通过调节失谐量或每一层的厚度可以改变干涉峰的位置以及频率间隔，从而可以控制反射谱线的频移。通过特定的结构设计，可以用周期性原子介质来的模拟来研究高反膜。