超快激光的峰值功率超过一定阈值时,在光学介质中传输会引发克尔自聚焦效应,同时电离介质产生等离子体散焦,当克尔自聚焦与等离子体散焦达到动态平衡时,便会形成超快激光在透明介质中典型的非线性现象——超快激光成丝。超快激光成丝所具有的超长无衍射传输特性,有望解决传统激光（包括超快激光）加工技术中存在的焦深短、聚焦尺度有限、Z轴随变自由度有限等问题。利用超快激光成丝实现材料高精度加工的前提和基础是实现对超快激光成丝（等离子体形态、成丝长度、成丝位置等）的精准调控。但由于激光成丝复杂的物理现象和机制,给成丝调控带来极大的困难。尤其是在透明固体介质中的成丝调控,因固体材料的本征属性无法改变,仅通过激光参数的优化调控会受限于激光器本身的性能。本论文提出从固体介质外部的气氛环境入手,采用激光加工工程应用中常见的同轴喷嘴送气方式,研究了不同气体种类与气体流速对皮秒激光诱导蓝宝石成丝的影响规律与机制。利用自行设计和搭建的超高速图像采集系统获得了等离子体纳秒量级时序图,结合成丝改性区形貌分析与表面等离子体动力学行为物理建模,揭示了不同气体种类与气流速度对蓝宝石成丝的影响机制。论文采用355 nm波长的皮秒激光在蓝宝石内部诱导成丝,选定Ar、N₂和O₂三种激光加工中常见气体和同轴喷嘴送气的常见方式,针对等离子体图像采集与改性区形貌分析需求,首先对主要激光实验参数进行了优化。设计并搭建了超高速图像采集系统同步方案和系统,解决了超高速相机与皮秒激光超短脉冲同步采集的关键问题,成功获得了三种气体下纳秒量级的等离子体时序图像,发现Ar条件下蓝宝石表面等离子体有明显的膨胀过程,内部成丝等离子体持续时间最短,而N₂与O₂条件下,没有观察到明显的表面等离子体膨胀过程,但内部成丝等离子体持续时间均长于Ar条件下,说明不同气氛种类造成了参与成丝过程的激光脉冲能量差异。对三种气体条件下获得的激光入射点周围形貌与成丝线迹的显微形貌分析结果与等离子体瞬态时序分析结果相符,Ar条件下蓝宝石内部成丝线迹最短,O₂条件下成丝线迹最长,进一步验证了环境气氛可对皮秒激光诱导蓝宝石内部成丝进行有效调节。其中,Ar条件下超快激光激发的高密度表面等离子体减小了注入蓝宝石内部参与成丝的激光能量,而O₂条件下没有明显的等离子体膨胀过程,后续激光能量几乎不受影响,有利于蓝宝石内部成丝的激发和维持。通过对三种气体中表面等离子体动力学行为的有限元建模分析,揭示了气氛对蓝宝石内部成丝调控的原因,发现气体导热系数是影响表面等离子体行为的主要因素。Ar具有最小的导热系数,表面等离子体与Ar的热传导效率最低,因此表面等离子体持续时间最长,而N₂和O₂的导热系数较高,对表面等离子体产生较好的散热作用。高导热系数的气氛环境有利于在固体中获得更长的成丝。通过改变喷嘴直径与供气压力,系统研究了不同的气体流速对蓝宝石成丝的调控影响。通过成丝等离子体的采集和分析,首先发现气体流速对蓝宝石成丝的影响依赖于气体流态,当喷嘴直径为4 mm时,成丝等离子体长度随供气压力的提高近似线性增加,为获得稳定的成丝实验现象与调控分析提供了很好的基础。重点对4 mm直径喷嘴不同气体流速下的激光入射点表面形貌与蓝宝石成丝线迹做显微形貌分析,发现气压为5 bar的高速气流可明显降低激光入射点周围的熔凝面积,同时获得最长的蓝宝石内部成丝线迹。对不同气体流速下的表面等离子体动力学行为进行有限元建模分析,解释了上述现象是由于高速气流的强制对流散热效应使表面等离子体快速降温,抑制了表面等离子体膨胀而减小了对后续激光能量的吸收效应,从而激光脉冲的大部分能量能够参与蓝宝石内部成丝,获得更长的成丝线迹。通过实验和理论建模结合,本文对皮秒激光诱导蓝宝石内部成丝的气氛调控规律与影响机制进行了系统的研究分析,提出并验证了环境气氛可为透明固体介质中成丝提供一种可靠的调节方式,拓展了超快激光成丝的调控方式,影响机制的揭示为进一步提高气氛调节精度提供了理论基础,促进超快激光非线性加工技术的发展。