本论文的主要工作是研究超快飞秒光丝中的氮气离子超辐射现象相关问题。　　氮气离子超辐射是空气激光前沿领域最热门的研究课题之一，这一课题的焦点问题是超辐射产生的物理机理、性能优化、及其控制，围绕着这些焦点问题我们进行了相关的实验研究，设计了泵浦-探测实验光路，我们拟通过实验探究超辐射产生的根本原因及影响其特征的基本参数并寻求对一些焦点问题及争议的解决方案。　　具体的，我们通过泵浦探测实验探测氮气飞秒光丝的具时间分辨氮气离子超辐射，分别在侧向及前向探测荧光及超辐射随时间演化的谱图，并探测他们随泵浦光偏振、种子光强度的依赖关系，以研究激发态和基态之间密度矩阵的对角项ρBB和非对角项ρBX的动力学过程，从而探究粒子数布居与偶极相干在超辐射过程中所起到的重要作用；更进一步地，通过侧向荧光偏振的探测，研究了氮气离子荧光偏振特性以及电离的各向异性特性。　　具体研究内容包括以下两个方面：　　（1）搭建具有高光谱分辨和高时间分辨能力的前向超辐射信号的泵浦探测系统，实现上下能级布居数差的时间分辨测量；　　（2）搭建侧向荧光同步探测系统，研究飞秒光丝中氮气离子荧光对泵浦光偏振的依赖关系以及荧光偏振特性，澄清强场电离后氮气离子转动波包在超辐射中的作用和影响。　　此外，通过具有皮秒量级的时间分辨荧光光谱系统，直接探测激发态退激发过程的时间动力学。通过对时间分辨的侧向荧光光谱的探测，我们探究了氮气离子第二激发态B态粒子数布居动力学过程研究。由于荧光的衰减只与上能级相关，因而我们探测到它的时间分辨即得到激发态B态的粒子数布居随时间的演化，通过其演化我们分析其超辐射退激发的动力学原因。　　希望通过本文的研究工作，深化我们对于氮气离子超辐射物理机制的认识，为氮气离子空气激光的性能优化提供方向指导，为其在大气遥感领域的应用奠定基础。