针对激光空气电离实验的要求,本论文研制了一台主振荡器的工作物质为大长径比(φ4.2mm×130mm)、电光调Q Nd:YAG一级激光放大系统,该系统输出的激光脉冲脉宽为15ns、能量为805.9mJ,发散角为2mrad,峰值功率为68.4MW/cm~2,放大倍数为2.5倍。理论与实验研究表明,在泵浦能量和工作物质体积一定的情况下,选择大长径比的工作物质有利于输出能量的增加和激光功率密度的提高。本文对激光空气电离的物理模型、通道形成机制、电离特性和检测方法以及在光束上施加电场的技术进行了研究,利用研制的纳秒脉冲激光进行了激光空气击穿实验。通过在纳秒脉冲激光束上施加电场、改变电极间距,实现了激光空气击穿。测得了各种条件下的实验数据,并绘制了激光功率密度、电场强度、电离线长度之间的关系曲线,结果表明在激光功率密度增加,施加电压逐渐降低的条件下仍能获得相同的电离线长度。当激光功率密度为508.6MW/cm~2,电压为53KV时,获得了8cm长的电离线。