在透明介质中传输的飞秒激光，当其峰值功率足够高时，可以保持很高的强度传输很长的距离而不产生发散，并电离介质分子从而形成一条很长的等离子体通道，这种独特的非线性光学现象被称为激光成丝。由于激光成丝的内部蕴含着丰富的物理过程，并且在激光引雷、大气远程探测等领域具有潜在的应用前景，近年来逐渐成为科学领域一个热门的前沿课题。激光成丝的主要物理机制是光克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应二者之间动态平衡，这种平衡也导致了其内部的峰值光强约为一个常数，这一现象被称为光强钳制效应。本论文针对光丝内的光强钳制效应开展了一系列理论以及实验研究，验证了TW量级激光在不同气体中以及双丝干涉过程中的光强钳制效应；提出了一种全新的测量光丝内峰值光强的方法；在实验上发现了光丝发射荧光的超稳定性，并通过理论模拟成功解释了光强钳制效应是导致该稳定性的主要原因。本文研究了飞秒激光在空气中和氩气中激光成丝内部的光强钳制现象，根据激光成丝侧向辐射荧光光谱的斯塔克展宽，计算出成丝内部的等离子体密度，结合电离速率方程，推导出了激光成丝内部的峰值光强。结果表明，尽管入射激光峰值功率从0.1TW（1012瓦）增加到1.5TW，激光成丝内部的峰值光强基本保持不变，光强钳制效应始终制约着激光成丝内部光强的提高。本文还研究了双丝干涉区域的光强钳制效应。将两束独立传播的飞秒激光分别经透镜聚焦后在空气中成丝，二者在焦点位置完全重合、彼此相互干涉并在空间中形成一个等离子体动态光栅，通过干涉区域辐射的氮气荧光信号判断其内部峰值光强的演化，发现峰值光强的提高远远低于线性叠加的结果，这表明光强钳制效应同样制约着其内部峰值光强的提高，因此，通过双丝干涉的方法显著地提高光丝内部峰值光强并不现实。光强是研究飞秒激光成丝内部物理机制的一个重要参量。然而，成丝内部光强的测量是一件很有挑战性的工作，目前的研究方法主要依赖数值模拟。本论文提出一种测量空气中激光成丝内部峰值光强的方法，该方法是建立在测量391nm和337nm两条氮气荧光谱线强度比的基础上。由于激发机制不同，这两条荧光谱线的强度和激光成丝内部的峰值强度满足不同关系。最后还通过实验获得了一个经验公式，利用这个公式可以直接根据荧光信号的强度比值计算出激光成丝内部的峰值光强。该方法解决了成丝非线性光学领域久而未决的基础性难题，为研究光强钳制现象提供了新的技术手段。飞秒激光成丝在大气远程污染探测领域具有广泛的应用前景，利用激光成丝辐射的荧光光谱可以有效地分析污染物的成份及其浓度。本论文研究了空气中激光成丝辐射氮气荧光信号的稳定性，实验结果表明，脉冲与脉冲之间荧光信号强度抖动的均方根比线性传播的情况至少低一个数量级，通过理论模拟我们发现光强钳制效应是导致荧光信号超稳定性的主要原因。最后，我们对本论文的研究工作进行了总结，并为下一步的研究计划提出以下几点建议:一、不同入射角度和更高脉冲能量条件下，双丝干涉内部的光强钳制现象有待进一步的研究。二，对于非高斯型光束和中心波长不是800nm的激光脉冲，本论文提出的测量光丝内峰值光强的方法需要进一步的完善。三、在紧聚焦的条件下，光丝侧向光谱以超连续谱为主，中性分子耗尽所导致的饱和电离现象以及双电离过程都应该考虑在内，这需要采用更为先进的测量手段（时间快门技术）以及更为复杂的理论进一步优化我们提出的峰值光强测量方法。