超短超强脉冲激光在低密度等离子体和空气中的非线性传输是当今强激光与物质相互作用研究的一个重要课题。本论文阐述了超短超强激光在低密度等离子体和空气中的长距离自聚焦和自导引效应。 1．考虑有质动力与电荷分离场的平衡，推出了超短超强脉冲激光在低密度等离子体中的折射率、电子密度和电荷分离场的表达式以及激光束斑的演化方程。首次利用自恰电子空腔效应分析了超短超强激光在低密度等离子体中的长距离传输和自聚焦效应，详细分析了长距离传输的条件。 2．考虑多光子电离效应和光学Kerr效应，首次利用力学类比的方法研究了超短脉冲激光在电离气体中的传输，详细分析了传输距离与激光初始光斑、初始发散角以及激光功率的关系，提出了实现长距离传输的条件。 3．发展了一种适用于超短脉冲激光的光学偏振放大技术，并应用于10ps KrF激光放大系统中，可在有限的激光输出口径内有效地提取激光的输出能量。对10ps状态下KrF介质的饱和光通量进行了测量。 4．开展了10ps KrF激光在空气中的传输实验研究，计算了自导引区内的阈值光强，观测到光束自聚焦和自导引现象，测量了自导引区域内的等离子体密度，并对激光脉冲的传输演化进行了分析。 以上研究结果对于超短脉冲激光放大技术研究以及超短超强脉冲激光在低密度等离子体和空气中长距离传输和聚焦研究等具有重要的实用参考价值。