飞秒强激光在大气中传输,由于克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应两者之间相互竞争而达到动态平衡时,会形成长距离传输的光丝结构。飞秒强激光大气传输成丝过程伴随着丰富的物理效应,其中就包括由激光脉冲能量沉积导致的热沉积效应。光丝热沉积效应在触发局地气流扰动、促进过冷水滴冻结并沉降和在云雾中清理形成高透射通道等方面有着重要作用,对这些相关现象的机理开展研究,有望促进我们对特定环境下云和降水过程的认识。因此,开展飞秒强激光大气传输成丝特性,尤其是对热沉积效应的研究,有着重要的理论意义和应用背景。本文在已有研究基础上,根据云降水物理基本理论,利用飞秒激光大气传输仿真模型和热力学方程,首先对飞秒激光在干湿环境、云和雾等复杂大气环境中的非线性传输过程进行了仿真,明确了水汽含量、云雾粒子浓度和粒子谱分布对飞秒激光热沉积效能的影响;然后,建立了分析云室范围内光丝热沉积过程影响过冷水滴冻结效能机理的方法,并基于该方法探讨了热沉积影响光丝诱导形成不同质量雪晶的机理;最后,通过分析传输模拟结果,探究了利用飞秒时间艾里光束来延长光丝和增强光丝能量沉积的可行性。主要研究内容和创新性成果包括:（1）在描述飞秒激光大气传输的非线性薛定谔方程中,增加了水汽分子的电离作用项,对比研究了水汽分子电离对800nm和248nm波段这两种波段的飞秒激光脉冲在干湿两种环境中成丝过程的时空演化特征和热沉积特征。我们研究发现:水汽分子电离对于800nm波段飞秒激光脉冲的非线性传输几乎没有明显影响,但能够严重影响248nm波段的飞秒激光脉冲非线性传输。对于248nm波段的飞秒激光脉冲,水汽电离能够明显影响形成光丝的钳制光强、电子密度、半径和沉积的总能量等特征。而且随着水汽含量的不断升高,钳制光强逐渐减小、电子密度逐渐升高和沉积的总能量也逐渐增大。但是,在较高的湿度环境中,继续提高水汽含量,电子密度和沉积能量的最大值的变化越来越小,趋向于饱和。在相对湿度较大的环境中,提高入射脉冲功率和使用脉冲宽度更宽的飞秒脉冲有利于增强光丝的热沉积作用。（2）在描述飞秒激光大气传输的非线性薛定谔方程中,进一步增加了描述大气湍流和粒子散射等大气扰动类型的非线性作用项,构建了飞秒激光云雾传输模型,并由此建立了理论分析飞秒激光脉冲在云雾扰动环境中成丝热沉积特征参量的方法;基于该模型,对比分析了粒子浓度、粒子谱分布对飞秒激光传输成丝特征和热沉积作用的影响。结果发现,大气湍流和粒子散射对飞秒激光传输都有比较明显的影响;粒子浓度对飞秒激光成丝过程的影响要比粒子尺度更明显。粒子浓度越高,光丝内部钳制光强越小、电子密度越小和中心能流也越小。粒子浓度越高,激光脉冲能量衰减的总量越大,但是脉冲能量沉积率峰值出现的位置提前,峰值的大小逐渐减小,因而造成的局地温度和气压扰动也越小。对比飞秒激光脉冲在三种类型的云雾环境中传输特征发现,相同的入射激光脉冲在积云当中传输时产生的电子密度最高,而在雾环境当中传输时产生的电子密度最小。激光脉冲在雾环境中传输时损耗的脉冲能量最多,但是激光脉冲在积云当中传输成丝的能量沉积率是最大的。（3）提出了分析云室范围内光丝热沉积过程影响过冷水滴冻结效能机理的方法,探讨了不同聚焦条件、不同脉冲能量和不同传输介质等影响气流扰动速度和堆积雪晶质量的原因。首先,对比研究了f=50 cm和f=30 cm两种外部聚焦条件下,改变入射脉冲能量对飞秒激光成丝特征的影响。结果发现,对于f=30 cm的紧聚焦情况下,当入射脉冲的能量从Ein=4.5 m J提高到Ein=7.1 m J时,多丝的强度趋向于更强,多丝的数量趋向于更多,多丝形成位置趋向于靠聚焦位置后,光丝导致的局地温度（气压）扰动最大幅度也越大,从而有利于形成更强的气流扰动和促进冰晶粒子的碰并增长。但对于f=50 cm的聚焦情况,当入射脉冲的能量从Ein=4.5 m J提高到Ein=7.1 m J时,在聚焦位置之前就产生了多丝现象,丝与丝之间的能量竞争导致脉冲能量的提前耗散掉了。导致虽然脉冲能量提高了,但是产生的气流运动速度和降雪质量增长不明显,甚至减小的现象出现。然后,我们通过对比研究相同聚焦条件下,飞秒激光脉冲在空气环境、氩气和氦气环境中传输时的热沉积特征,结果发现飞秒激光在空气、氩气和氦气等三种气体中传输时,在氩气当中能够形成更长的光丝、导致更大的总沉积能量和更大范围的能量沉积分布,光丝热沉积在氩气当中造成的温度和气压扰动分别可达220 K和8.0×104 Pa,从而有利于形成更强的气流扰动和产生了更多的雪晶。这些结果说明增加激光脉冲能量可以在一定程度上提高光丝的热沉积作用,但随着脉冲能量的提高,多丝的形成尤其是多丝出现的位置对热沉积作用的效能有影响,而激光脉冲的能量沉积分布范围也对光丝的热沉积作用有影响。这些结果对提高飞秒激光热沉积效能,促进飞秒激光大气应用有一定参考价值。（4）利用数值仿真结果,对比分析了具有正时间延迟、负时间延迟和双向时间延迟的三种飞秒时间艾里脉冲和高斯脉冲的大气传输过程。结果发现,当初始脉冲能量一定时,时间艾里脉冲能够形成比高斯脉冲更长的光丝。其中,具有负时间延迟的艾里脉冲能够形成最长的光丝,这与这类脉冲传输过程中,脉冲后沿强烈的分裂和主瓣与旁瓣之间的能量流动有关。通过提高初始脉冲光强、增加脉冲宽度和使用具有较大半径的艾里脉冲等方式,可以达到延长光丝长度的目的。通过扩大艾里脉冲半径、增加脉冲延迟时间和增加脉冲宽度,可以有效地增加光丝沉积的总能量,进而有可能提高飞秒激光热沉积影响云雾物理过程效能。