强飞秒激光脉冲在空气中传输时产生的自引导细丝及其伴随的其它非线性现象已经得到各国科学家的极大关注。迄今为止，人们已对飞秒激光成丝的基本物理特性开展了广泛的研究，正在积极探索其在各个领域的应用。这些应用主要包括细丝诱导高压放电实现闪电控制、无线电能传输及射频能定向传导、细丝诱导形成表面周期性结构、激光细丝微加工、远程细丝诱导击穿光谱对元素含量的分析以及激光诱导水凝聚实现人工降雨等。由于飞秒激光在空气中等离子细丝形成的物理过程极其复杂，以及其在一些领域的应用研究还处于初步阶段，因此，对于空气中飞秒激光等离子体丝及其应用研究还有许多基础物理问题需要进一步澄清。　　为了进一步加深对等离子体丝及其应用物理基础的理解，并更好地拓展细丝的应用，本论文针对空气中飞秒激光成丝特性及其一些应用的热点问题开展了相应的研究工作，主要内容包括等离子体细丝的特性研究、以及细丝在诱导高压放电和形成材料表面结构方面的一些应用研究。　　本论文首先对超短光脉冲在透明介质中的传输机理进行了理论分析，并采用声学测量、荧光探测、电学测量等几种方法对空气中飞秒激光等离子体细丝的特性进行了系统的研究。在细丝声学测量方面，对不同聚焦条件和脉冲能量下细丝声音强度的空间演化进行了研究。结果表明细丝长度除与脉冲能量相关外，还强烈依赖于光束聚焦条件。对不同聚焦条件下细丝荧光辐射谱的研究结果表明，在紧聚焦情况下光谱主要由连续谱和原子谱组成；在弱聚焦情况下光谱主要由分子和分子离子谱组成，在620-830nm波段范围观测到氮分子第一正带系和红外余辉带系的转动能级跃迁谱带。进一步细丝模式的研究结果表明：单丝传输较稳定，而多丝情况下除了主丝较稳定外其它细丝非常不稳定。本文还对飞秒激光等离子体单丝和多丝的电阻进行了对比研究。结果表明：在飞秒激光能量为2mJ的条件下，单丝的最低电阻约在300kΩ/cm左右，在飞秒激光能量为30mJ条件下，多丝的最低电阻在50kΩ/cm左右，单丝电阻明显大于多丝电阻。　　在对飞秒激光等离子体细丝特性研究的基础上，本文还开展等离子体细丝应用的初步研究。一方面，对飞秒激光等离子体丝诱导高压放电及其机理进行了研究。在5mJ脉冲能量下，细丝诱导4cm间隙电极的高压放电阈值较自发放电情况下电压降幅达45％。对不同脉冲能量下细丝诱导高压放电的空间分辨测量结果显示，多丝诱导高压放电能力并不优于单丝。进一步对细丝引导放电路径进行的成像研究结果显示，细丝(无论单丝还是多丝)引导高压放电几乎总是沿单一路径发展(多丝的情况下沿单个细丝导通，有时发生从一个细丝跳到另一个细丝的现象)。通过对细丝诱导高压放电阈值空间分布的研究，可得到细丝的起始和终止位置，并判断飞秒激光束的自聚焦、散焦和再聚焦等效应。进一步，通过对细丝的电阻和诱导高压放电阈值之间关系的研究表明：单丝的电阻值与放电阈值沿激光脉冲传播方向的变化趋势具有很好的一致性；而多丝时其电阻与放电阈值的变化趋势存在较大差异。这些结果对细丝在诱导高压放电以及闪电控制等方面的应用具有一定的指导意义。　　另一方面，本文还开展了细丝诱导K8、K9玻璃等材料表面微纳结构的应用研究。采用光学显微镜及台阶仪对飞秒激光等离子体丝烧蚀材料表面所形成的结构进行了分析。材料表面的环形烧蚀结构反映了细丝本身的结构特点(即细丝的环形空间能流分布)。进一步用扫描电子显微镜对样品表面形貌的分析发现，在细丝烧蚀区域出现了一些新的由细丝作用而引起的特有结构。在K8玻璃表面作用区的裂纹处出现了近激光波长的周期性结构，且该结构的形成与裂纹的取向有关，当裂纹取向与激光偏振方向趋向垂直时，更有利于此周期性结构的形成。另外，我们还在样品表面发现了随机分布的直径约200nm的超衍射极限结构--纳米尺度洞。对于K9玻璃样品表面，在220μm直径的烧蚀坑内形成大范围、平行于激光偏振方向的近激光波长周期性结构，同时在该结构上还叠加了其半波长的周期性结构，而且这些周期性结构会出现分叉或偏移现象。