飞秒脉冲成丝是非线性光学现象的一种特别的存在方式,在这种现象中飞秒激光脉冲以近似于不发生改变光斑直径进行无衍射长距离传输,并且其传输的长度可以达到光束瑞利距离的很多倍。根据以往的研究发现具体的成丝现象一般认为是因为克尔效应导致的激光光束自聚焦与等离子体所产生的散焦效应之间的动态平衡。相对于其他一些光学现象,成丝现象之中具有很多复杂的光学非线性过程,比如自聚焦、光致电离、自相位调制、超连续光谱的产生等等,这就意味着飞秒激光在光丝内传输的过程之中脉冲的形状将会发生相当复杂的时空演变,另一方面,成丝现象也具有着巨大的应用潜力和广泛的应用前景,例如大气污染的测量、引雷的控制、大气远程遥感以及人工控制天气等等。激光成丝中,对多丝的控制主要的目的有两种。其中第一种就是抑制其多丝的产生,从而减少甚至避免多丝之间的能量竞争,导致光丝的鲁棒性提高,最终达到延长光丝的目的。这也是为了满足成丝现象在脉冲压缩之类的应用场景。而与之不同的另外一种则是减少甚至消除多丝分布的空间无序性,导致多丝在空间中可以实现稳定、有序的分布,满足成丝现象在一些高精度的微加工以及微波通道领域的应用需求。在本文中,我们就是将高斯光束作为其入射光束,从而进行一系列的模拟实验。我们采用的模型为通过求解广义非线性薛定谔方程以及电子密度演化方程组成的方程组,可以得出如下结论:如果采用相同能量的叠加高斯光束而不是普通单一高斯光束作为模型的入射光束时,会导致克尔介质中飞秒成丝和等离子体通道的性质会显著提高。这是因为叠加高斯光束外围空间的能量存储较大,作为能量池,向光束中心部分提供了更多的能量,从而进一步将成丝和等离子体通道的长度延长。除此之外,我们根据自聚焦上限阈值功率的理论计算表明叠加高斯光束的自聚焦上限阈值功率大于普通高斯光束。所以,采用叠加高斯光束作为入射光束,既可以延长成丝距离,同时又能避免多丝的存在。另外,在飞秒激光微纳加工方面,使用改进的双温模型和Sipe-Drude模型进行分析,对凸槽和波纹的产生做了一些说明,有助于人为控制并自主设计周期性表面结构,为该成果转化为工业应用提供参考。