随着激光应用技术的发展,各种非传统形状的光束,如贝塞尔光束,平顶光束,涡旋光束,以及环状光束等,因为其具有独特的物理性质及优点而相继产生。飞秒激光脉冲与非线性介质的相互作用不仅依赖于光强的时间分布,也依赖于光强的空间分布,这些新型光束由于具有独特的横向强度分布,因此会强烈影响强激光脉冲与物质相互作用的结果,从而为光丝的扩展、控制及应用开辟了一条新的途径。本文通过数值模拟,对飞秒环形高斯光束在大气中传输的非线性特性进行了研究,主要工作包括以下四个部分:分析了延迟克尔效应对分子转动响应特征时间附近不同脉宽的环形高斯光丝特性的影响。结果表明:延迟克尔效应的出现导致脉冲的成丝起点提前,光丝的长度增加,但是同时也使峰值等离子体密度出现振荡,这最终导致光丝出现了不均匀性和不稳定性。这些结果主要是由于延迟克尔效应使脉冲的通量重新分配以及对脉冲的能量损耗速度进行了修正。此外,延迟克尔效应提高了脉冲尾部的自聚焦,从而使光丝得以扩展。研究了初始脉冲能量对环形高斯光束在大气中成丝动力学的影响。研究表明,当增加初始脉冲能量时,环形高斯光束在大气中生成的等离子体通道的长度被延长;而当脉冲能量增大到一定值时,虽然等离子体通道的长度继续增加,但是等离子体通道的稳定性却有所下降。这是因为,随着脉冲能量的增大,由于克尔效应的增强,光通量以更快的速度增加,从而使成丝起点提前,但是当脉冲能量增大到一定值后,继续增大脉冲能量,高强度的光通量不再提前,而是有明显的横向扩展,且过高的脉冲能量也导致了复杂的自聚焦现象,从而不利于稳定光丝的远距离传输。分析了飞秒环形高斯光束在大气中产生的超连续谱。首先与相同初始条件下的高斯光丝的波谱展宽相比,环形高斯光丝在第一个聚焦周期内产生的光滑的超连续谱覆盖了整个可见光的频率范围。然后对自相位调制和电离诱导的频率转移在波谱展宽中的作用进行了分析,结果表明,在光丝的起始位置处,电离诱导的频率转移起着主导作用,而在波谱向短波方向展宽到最宽时,光强诱导的频率转移起着主导作用。此外,我们也讨论了脉冲能量和空间啁啾对环形高斯光产生光滑超连续谱的影响。研究了自由传输时环形高斯光束在大气中的传输特性。研究表明,在相同的初始条件下,环形高斯光在自由传输时的峰值光强、等离子体密度的量级分别与外部聚焦时的相同。而且通过对比两种情况下的空间通量分布,发现在外部聚焦时,成丝前的光通量主要是通过外部聚焦线性的往轴上收缩,这与自由传输时的非线性收缩完全不同。