“宽频带”和“非线性”是强激光科学技术领域中的两大核心关键技术，而自聚焦是其中最主要的非线性效应之一，它是使光束质量变坏和限制激光器输出功率的主要因素。宽频带激光脉冲可望突破主要由非线性效应引起的高功率固体激光驱动器的功率受限瓶颈，近年来成为激光技术领域的一个重要发展方向。此外，自聚焦是非线性光学中的一个基本物理问题。近年来，随着超短脉冲技术的发展，宽频带超短激光脉冲的非线性传输及其与物质的相互作用成为非线性光学领域的重大前沿。所以，研究高功率宽频带激光脉冲的自聚焦无论在理论上还是在实际应用上都具有十分重要的意义。本论文结合我国新一代高功率激光驱动器的实际需要和自聚焦理论的发展，理论和实验研究了宽频带激光脉冲的自聚焦特性和规律，获得如下主要成果：　　 第一，实验研究了非线性介质中宽带激光脉冲小尺度空间调制的自聚焦过程，获得了小尺度空间调制增长的演化规律及调制之间的相互作用规律。　　 实际的光学系统中的器件总是具有一定的大小，宽带激光脉冲通过光学系统时就不可避免的会受到衍射调制，而宽带激光脉冲光谱成分中不同波长的光波衍射的强弱程度是不一样的。实验结果表明，衍射调制下的宽带激光通过非线性介质时，空间特定位置出现调制增长并导致光束分裂成丝。我们着重研究了圆孔衍射下的宽带激光脉冲的非线性传输过程，观察到了小尺度细丝形成过程。尤其详细研究了单根细丝的演化，以及细丝之间的相互作用的过程。我们发现单根细丝强度增加到一定值后，会释放多余的能量，从而诱发新的细丝的形成；相距很近的细丝之间通过干涉相互作用，使得在其附近区域生长出新的细丝。　　 第二，研究了非线性介质中啁啾宽带激光脉冲的时空噪声的演化过程，揭示了时空噪声之间的相互作用和脉冲啁啾对时空噪声演化的影响规律。　　 基于非线性薛定谔方程，理论上研究了宽带啁啾激光脉冲的时空不稳定性，发现脉冲啁啾不影响不稳定增益谱，时空不稳定增益谱表达式与无啁啾激光脉冲情形下一致。只要在相同的非线性作用下，调制增长的速度是相同的。同时实验测得了不同啁啾（不同脉冲宽度）情形下宽带激光脉冲空间噪声在非线性介质中的演化过程，得到了具有时间调制下的空间增益谱图，其结果与理论上是一致的。　　 实验结果表明带宽在一定程度上可以延缓小尺度自聚焦的发生。最后，数值模拟了啁啾激光脉冲的时域不稳定性及其对空间自聚焦的影响。　　 最后，从理论和实验上揭示了介质的驰豫效应对宽带激光脉冲时空不稳定性的影响。这些结果对宽带激光脉冲传输和调制不稳定性物理有重要意义的。当脉冲宽度很短时，在非线性传输过程中介质的驰豫效应就变的非常重要。　　 我们解析上推导出了非瞬时非线性响应介质中的时空不稳定性的表达式，清楚地揭示了驰豫响应时间对不稳定性的影响。得到了一些有趣的结论。如，在非瞬时非线性响应介质中，时空不稳定可以发生在反常色散自散焦介质中，而在瞬时非线性响应介质中是不可能发生的。除了类似于瞬时非线性响应介质中常规不稳定区域外，还出现了新的不稳定区域。我们设计了典型非瞬时非线性响应介质二硫化碳中的调制不稳定性实验，得到了不同脉冲宽度下的时空不稳定增益谱图，与理论结果吻合的很好。