超强飞秒激光在大气中传输，会形成高强度的光丝，产生低密度等离子体和超连续光谱。这些非线性现象不仅对于基础研究有着重要的意义，对于实际应用，如激光引雷，遥感探测和激光雷达等都有着巨大的应用价值。因此，飞秒激光在大气中传输已经成为国际强场物理领域的一项研究热点，吸引了众多物理学家的研究兴趣。本论文的工作是对飞秒激光在大气中传输的物理机制和相关物理问题进行了系统的研究。　　 第二章介绍了我们自己编写的飞秒激光大气传输程序，包括三维直角坐标和柱坐标几何模型，分别适应于不同的模拟需要。直角坐标程序可求解光强任意分布的激光的传输。但在模拟大口径激光的长距离传输时计算量大，需要的时间较长。而柱坐标程序则适用于求解激光光场分布轴对称的传输，所用计算时间较短。　　 第三章对高功率飞秒激光在大气中传输时所产生的双丝的相互作用进行了研究。通过数值模拟观察到了具有不同相位差和交叉角的双光丝的吸引，融合和排斥等相互作用。并通过理论解析工作进一步研究双光丝相互作用的物理机制。　　 第四章通过将非线性薛定谔方程模拟与射线追踪模拟相结合的方法，对激光自由传输的机制进行研究。首先通过求解非线性薛定谔方程来模拟飞秒激光自由传输时的动态特征。再通过射线追踪的方法对激光自由传输过程的能量流动进行分析。研究发现，飞秒激光自由传输形成长达百米的光丝，其主要机制为初始激光光强分布不均匀引起的时空移动聚焦。　　 第五章对紧聚焦条件下的激光传输进行了模拟，观察到由克尔效应和等离子体散焦共同作用形成的光场空泡结构，理论预测与实验结果相吻合。　　 第六章对飞秒激光在大气中传输所产生的三次谐波辐射进行了研究。观察到了主激光和三次谐波同时成丝的双色光丝现象。通过在光丝起点位置引入小液滴挡住双色光丝中心，对双色光丝进行扰动。通过模拟观察到了双色光丝被破坏再成丝的过程并且在这个过程里三次谐波的转化效率被大大地提高。计算发现，三次谐波转化效率的提高主要因为双色光丝再成丝的过程中主激光与三次谐波的相位锁定被瞬时打破。