随着惯性约束聚变激光驱动器技术的快速发展，超短脉冲光束因其自身优点而被逐渐应用于高功率激光系统中。此类脉冲光束在传输过程中可以显著的抑制光束的小尺度自聚焦，同时带来系列新的传输效应，成为当今激光技术领域的一个研究热点。本文基于(3+1)维的修正非线性薛定谔方程，利用分步傅立叶数值计算方法，对超短飞秒脉冲光束在自由空间、非线性色散介质中的传输特性作了详细分析。主要工作成果包括：1．数值分析了超短脉冲光束在自由空间的微小孔近场菲涅耳衍射特性，结果表明超短脉冲激光的衍射光强分布比准单色激光的光强分布衍射调制小，光束均匀较好。同时也证明了在自由空间中传输的超短激光脉冲，其轴上时间波形形状基本不会随着传输距离的变化而变化，但是其幅度受时空耦合的影响，会随着空间衍射强度的变化而变化。2．详细研究了空间衍射、时空耦合、高阶色散和高阶非线性自陡峭效应对高功率超短脉冲光束自聚焦特性的影响。具体讨论如下：a．首先分析了包含空间衍射、时空耦合和SPM时超短脉冲光束的自聚焦特性，暂不考虑自陡峭和色散。结果表明，时空耦合效应可以抑制自聚焦崩溃，但是空间衍射引起的小尺度自聚焦，使空间光束很快分裂成丝，经过分裂最大位置后，脉冲光束开始向轴上汇聚，出现第一个焦点。此后分裂聚焦周期进行，第二次聚焦时，达到聚焦的峰值光强，此后能量越来越小，周期越来越长，直到光强慢慢为零。相应的时间波形分裂为非对称的多个子脉冲，成丝状，也出现周期性向轴上汇聚和向轴外移动现象。同时发现时空聚焦像非线性自陡峭效应一样，会引起时间波形后沿变陡。b．接着研究了非线性自陡峭效应对高功率超短脉冲光束的自聚焦特性的影响，即同时考虑空间衍射、时空耦合、自陡峭和SPM。发现自陡峭会使时间脉冲波形后沿变陡，同时也大大减小了脉冲强度，使得自聚焦的峰值光强减弱，避免了陡峭的自聚焦峰和自聚焦崩溃。脉冲同样会发生非对称分裂，但是分裂较晚，最终分裂成强度相对较弱的两个子脉冲。c．最后讨论了GVD和TOD在有时空耦合及自陡峭效应的情况下对超短脉冲光束自聚焦特性的影响。由于时空耦合与介质色散有关，使得群速度色散GVD和三阶色散TOD都会引起时间脉冲的另一延迟，轴上时间波形向轴外偏移，成为旁轴脉冲，其偏移量△t与传播距离、色散成正比，随着传播距离的增大，脉冲的傍轴延迟相应增大，色散越大，傍轴延迟越大。TOD和GVD也都引起脉冲展宽，光强下降，TOD同GVD的影响相比，脉冲展宽更快，强度下降也更多，且TOD使脉冲产生不对称，后沿有一个长的拖尾。而这时空间光强分布由于受到脉冲延迟的影响，中心轴上的光强极小，近场空间分布几乎没有发生变化，可见色散较好地抑制了自聚焦效应。