近年来，飞秒激光微加工技术以其对透明材料的三维加工能力被广泛地应用于微光学、微流体、微电子学等领域。同时人们发现飞秒激光与透明材料相互作用过程中会产生许多有趣的现象，包括折射率的修饰、纳米孔洞、纳米光栅结构的形成以及非互逆直写效应等。为了从时间域和空间域精确地操控飞秒激光与透明材料的相互作用，人们发明了多种飞秒脉冲整形技术，包括空间整形技术、时域整形技术、偏振整形技术以及时空聚焦技术等。其中飞秒激光时空聚焦技术在微纳加工中的应用引起了广泛的关注，利用该技术可以获得各向同性的直写加工分辨率，抑制焦点以外的非线性效应。最近的研究发现时空聚焦的飞秒脉冲具有独特的光场特征，包括脉冲前沿倾斜和光强平面倾斜。与此同时，人们发现时空聚焦脉冲与介质相互作用时会产生许多新奇的现象，例如在透明材料中的非互逆直写效应，以及在中心对称的气体介质中产生二次谐波等。虽然最近的研究已经证明这些现象与焦点处的脉冲前沿倾斜有关，但时空聚焦飞秒脉冲与材料相互作用的完整物理图像目前尚不清晰，其独特的光场特性尚未得到有效的利用。基于上述研究背景，本文对飞秒激光时空聚焦的光场特征进行深入研究，在此基础上对时空聚焦的飞秒激光与透明材料相互作用进行实验探索。　　本研究主要内容包括：⑴提出了一种飞秒激光时空聚焦脉冲焦点处脉冲前沿倾斜的干涉测量技术。该技术引入传统聚焦的参考脉冲与时空聚焦脉冲在焦点处发生干涉。通过测量焦平面干涉条纹的空间位移与两个脉冲的相对延时之间的关系，实现对时空聚焦脉冲的脉冲前沿倾斜的精确测量。实验证明该技术对于焦点位于空气中或透明材料内部的情况均适用，因此该技术可以对脉冲与透明材料相互作用的区域直接进行测量，对进一步研究时空聚焦脉冲与透明材料的相互作用有重要意义。⑵利用飞秒激光泵浦-探测阴影成像技术，对时空聚焦飞秒脉冲在熔融石英内部诱导等离子体的产生与演化过程进行时间分辨成像。发现等离子体轨迹相对于脉冲传播的方向有一定角度的偏折，引起这种现象的原因是焦点处脉冲前沿倾斜造成的等离子体不对称分布。由于电离是时空聚焦飞秒脉冲诱导透明材料改性的最基础过程，该研究有助于从本质上揭示非互逆直写等现象的物理图像，并对时空聚焦技术在微纳加工中的应用有指导意义。⑶分别利用时空聚焦和传统聚焦的飞秒激光在多孔玻璃内部诱导纳米光栅，发现时空聚焦的情况下纳米光栅具有不对称的空间分布。通过对纳米光栅的演化过程进行系统研究，发现其独特的不对称空间分布源自于时空聚焦光场固有的强度平面倾斜。该研究对进一步理解纳米光栅形成的物理机制有重要意义，并为纳米光栅形态的操控提供了有效手段。