本论文从光与物质非线性相互作用的基本规律出发，通过数值求解电子密度速率方程，验证了近年来国外学者关于强激光脉冲在水中产生等离子体的时间演化特性的理论研究结果，并由此进一步揭示飞秒激光在空气中产生等离子体的时空特性，而后深入分析飞秒激光脉冲电离空气产生超亮喷射状光束的原因。本论文的核心研究内容如下:　　(1)对包含有多光子电离、隧道电离、碰撞电离、电子空间扩散和复合作用的电子密度速率方程进行了分析和数值模拟，验证了国外学者对纳秒、皮秒和飞秒激光脉冲在水中产生等离子体的动态特性的理论计算结果。同时也验证了他们关于对激光击穿阈值、吸收系数和能量密度分别与激光脉冲宽度的变化关系。为研究飞秒激光在空气中形成等离子体奠定了理论分析基础。　　(2)本论文对飞秒激光在紧聚焦条件下，产生空气等离子体的时空特性进行了理论分析。数值模拟结果表明:在时间特性方面，焦点处的空气自由电子密度在激光脉冲达到峰值之前，就已经达到了饱和;而在空间特性方面，随着激光脉冲的聚焦，在靠近焦点前方的空气首先被电离，并随之出现一个中心区域达到饱和、边缘具有很高折射率梯度和近似椭圆状的等离子区域，随着激光脉冲继续向前传播，该空气等离子体区随激光光束的聚焦形状进一步延伸，直至形成一个对称的双卵形结构，然后慢慢消失，直到恢复到原来的状态。这一结果与30 kPa压强的低真空条件下获得的实验观测结果相一致。　　(3)论文从实验上和理论上研究了汇聚飞秒激光通过诱导空气电离产生超亮喷射状光束的重要物理现象。在紧聚焦实验中，当平移或者适当转动透镜时，会产生1条或者2条黄色的喷射状亮光束。这主要源于等离子体与空气界面处的四波混频机制。平移或者倾斜聚焦透镜破坏了汇聚光束的轴向对称性，一方面使子午面的聚焦光先行于弧矢面的光达到焦点产生空气等离子体;另一方面，使得四波混频相位匹配条件只有在特定的角度或方向上得到满足。这种四波混频条件通过理论计算得到了验证。