超快激光成丝近年来在超快激光科学和大气科学领域吸引了越来越多的研究兴趣。成丝现象包含了丰富的物理过程，比如光克尔效应引起的自聚焦和等离子体散焦的动态相互作用，自相位调制以及自陡峭等等。成丝在大气远程遥感，激光引雷，脉冲压缩和太赫兹产生等实际应用领域具有重要的价值。另外，“远程空气激光”近年来成为一个热点概念并且在大气远程遥感领域展现出很大的应用前景。　　在这一背景下，成丝在大气环境中传输时的光斑稳定性将成为一个严峻的问题。在本论文中，我们首先研究了大气湍流对超快激光成丝空间分布特性的影响，主要包括光束漂移和多丝分裂的产生。研究结果表明光丝漂移的平均偏移量<δr>正比于湍流折射率结构常数的平方根，同时<δr>随传输距离的变化关系可以用幂次函数进行拟合。另外，运用轴锥镜作为聚焦条件，光丝的漂移要比自由空间传输过程中的漂移更剧烈。这部分研究将会对超快激光成丝运用到远程遥感和脉冲压缩等领域提供理论支持。另一方面，运用数值模拟的方法研究了轴锥镜聚焦条件下的成丝在大气湍流中传输产生多丝分裂的现象。我们得出轴锥镜聚焦初始完全对称的高斯型激光光束在大气湍流的作用下同样会产生多丝的现象。进一步我们定量研究了产生多丝的初始激光功率和湍流强度阈值条件。这一成果对于轴锥镜在成丝的控制方面具有重要意义。　　空气激光背向传输的光束形状对于大气远程遥感具有重要意义。为此我们研究了超快激光成丝电离空气产生氮气荧光信号的背向空间传输角分布。实验结果表明357nm波长的氮气荧光信号在背向上呈现出多环的空间分布，其发散角在15°以上。荧光信号强度在背向传输过程中得到了自发辐射的光放大(ASE)。同时ASE信号的增益系数与不同传输角度有关，内部的圆环相比于外部的圆环具有更高的增益。对于空气激光的背向角分布的认识将会对大气远程遥感技术尤其是优化激光雷达装置具有重要价值。　　最后，研究了交叉的两束飞秒激光在YAG晶体板中产生二维激光阵列空间分布的理论机制。考虑到自聚焦和交叉相位调制运用数值模拟的方法重现了晶体板中的二维激光阵列空间分布的产生过程。进一步得出交叉相位调制和初始激光光斑的非对称性破坏时导致二维激光阵列产生的重要机制。另外，定量研究了交叉两束激光在YAG晶体板中产生分裂的功率阂值条件。我们的研究结果将在二维全光开关装置和多色泵浦探测实验方面具有重要价值。