从梅曼发明第一台红宝石激光器起，人们便一直致力于从激光脉宽以及峰值功率这两方面不断地对激光技术进行改进。激光从最开始的连续光发展到后来的纳秒脉冲、皮秒脉冲以及现已十分成熟的飞秒脉冲，甚至将来会缩短到阿秒脉冲；激光脉冲的功率也从910瓦提升到1210瓦、1015瓦。随着超短超强激光脉冲的出现，人们发现当激光脉冲作用于透明介质中时会产生非常细的丝状物（即“成丝”），并且随着激光能量的增强，成丝的传播距离远超过了理论上光束的瑞利长度，这一现象引起了人们的广泛关注。研究发现成丝就是超短激光脉冲与介质中的分子原子相互作用，将其电子电离后留下的等离子体通道，它可以传播很远的距离而不发生衍射。由于成丝形成过程中伴随着许多非线性效应的产生，使得成丝在众多领域中都有广泛的应用。人们通过收集分析成丝过程中辐射出来的荧光信号来判断物质成分，但由于荧光光谱强度较弱，不易进行远程探测。本文将采用泵浦—探测系统对飞秒激光成丝过程中产生的不同光信号放大现象进行研究（光放大信号的强度比之前观测到的荧光信号高出几个数量级），以便将来更好地应用于遥感控制或者远程大气探测等。　　本文主要研究内容如下：　　（1）对飞秒激光脉冲在介质中形成成丝这一现象进行理论分析，就其成丝原理：自聚焦与等离子体散焦之间的动态平衡，展开论述，并介绍了形成成丝的三个物理模型：自引导模型、移动焦点模型、动态空间补偿模型。接着对成丝中产生的非线性效应进行介绍，这些效应使得成丝具有了独特的性质，在众多领域都有着广泛的应用，同时为光放大信号的产生奠定了良好的理论基础。　　对飞秒激光脉冲在空气成丝中所产生的391.4nm的光放大信号进行理论分析，并设计了一系列的实验验证其产生的物理机制。实验研究表明：当且仅当探测光的光谱包含有391.4nm这个波长，才可以观察到光放大信号；不论泵浦脉冲和探测脉冲同向还是反向传播，实验上都可以观测到391.4nm的光放大信号；当泵浦脉冲和探测脉冲在时域上完全分开了，光放大信号依旧存在；光放大信号随探测光功率呈线性变化关系。这些结论说明391.4nm光放大信号是由受激辐射机理产生的。实验中我们还可以观测到光放大信号随着成丝长度的增大而逐渐增强，这一特性在遥感控制领域以及远程大气探测领域有着潜在的应用前景。　　（3）从理论上对飞秒激光脉冲在空气成丝中产生的394.3nm的光放大信号进行分析，并通过实验验证其产生的物理机制。实验结果表明394.3nm处的光放大信号是由四波混频机制产生的。理由如下：首先，当探测脉冲频谱改变时放大信号所对应的波长发生变化，即通过调节相位匹配实现波长可调谐；其次，泵浦脉冲和探测脉冲一旦在时域上分开，光放大信号就会消失，因为相位失配；最后，394.3nm处的光放大信号的光强与泵浦光光强的平方成线性关系，及满足四波混频过程中光强之间的关系式。