空间衍射是激光非线性传输过程中产生小尺度自聚焦的主要原因,小尺度自聚焦会导致激光离轴方向的能量聚集在某些空间位置。这些空间位置的强度由于能量的聚集而增加,严重时会对传输介质和激光元器件造成损伤。小尺度自聚焦过程中,激光的时域分布也会因为激光能量的流动而发生变化。非线性介质中由于色散和非线性效应相互作用会产生时域不稳定性,时域不稳定性会导致激光的时域分布也变得不均匀,严重时会使得光脉冲分裂。本文采用直边作为空间衍射,研究了直边衍射对超短脉冲激光时空不稳定性强弱的影响,并且通过实验得到了直边衍射下超短脉冲激光非线性时空演化规律。首先,根据激光的广义非线性薛定谔方程推导出了激光的时空不稳定性的增益表达式。研究发现,时空不稳定性增益谱的范围会随着输入功率地增加而增加,并且增益谱的最大增益和最快增长频率也都会增加。紧接着,分析了空间衍射线性传输理论,得到了直边衍射的空间强度分布和空间频谱分布的解析解。其次,通过理论和实验分析了不同直边衍射参数下超短脉冲激光小尺度自聚焦的演变规律。随着截断系数地增加,衍射调制效应增强,当直边边缘所处位置超过激光的中心位置时,衍射效应开始下降。与此同时,截断系数越小,激光所遮挡的部分越少,激光传输的有效功率就会增加,功率增加,空间不稳定性增强,小尺度自聚焦效应增加。当截断系数持续减小时,小尺度自聚焦效应持续增强,激光出现分裂。另外,衍射距离也会影响小尺度自聚焦的空间分布。当衍射距离增加时,衍射条纹展宽,新增长的调制点开始远离衍射主峰。最后,研究了超短脉冲激光在直边衍射下的时域演变规律。利用非线性传输方程得到了脉冲时域频谱展宽因子的表达式,从表达式可以看出,输入功率增加,频谱展宽因子变大,频谱变宽,脉冲变窄。并且,通过实验验证了上述理论分析。与此同时,也研究了不同直边截断系数下,超短脉冲激光时域宽度的变化。截断系数增加,激光被挡住的部分增加,激光功率就会减小,频谱展宽因子也会变小,频谱变窄,脉冲展宽。