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超短超强激光技术的发展使得人们利用激光与等离子体相互作用产生新型的辐射源和粒子源成为可能。由于用这种方法产生的源相对于以往有着脉宽短、亮度高、方向性好等一系列优点，它们在激光聚变、新型粒子加速器、医疗诊断和治疗、以及各种物质超快成像等方面具有广泛的应用前景，因而吸引了全世界众多的等离子体物理，激光物理和加速器物理学家们的极大兴趣。本文对超短超强激光与等离子体相互作用中高能粒子源的产生进行了研究。本研究分为三个部分：
第一部分介绍了编写的可广泛应用于激光等离子体相互作用研究的系列多维并行粒子模拟程序Kinetic LAser Plasmas(KLAP)。在介绍了基本模拟算法和并行方法后，对程序进行了改进，在程序中加入了场离化、碰撞离化和两体碰撞等过程。借此我们研究了激光在中性气体中传输时离化波前的状态以及脉冲形状和频率的演化；激光与中型固体薄膜靶相互作用中，场离化与碰撞离化的作用，电子的表面振荡以及多价离子的加速行为。
第二部分介绍了激光电子加速器。首先介绍了激光直接加速电子，着重研究了紧聚焦激光束对注入电子和静止电子的加速行为。在激光与气体相互作用的尾波场加速中，笔者介绍了尾波场的产生、加速距离的延长以及电子注入三方面内容。提出了利用离子高阶离化的电子注入方法，并利用带离化的lDPIC程序对此做了初步验证。在超短超强激光与固体靶相互作用中，介绍了本组在实验上发现的电子在固体靶表面的发射行为；而后从解析理论方面研究了表面静电和静磁场对出射电子角分布的影响；笔者还利用2DPIC程序对电子的表面输运做了仔细研究，发现了一种新的电子加速机-表面逆自由电子激光加速。电子的表面发射和加速不仅直接证明了锥引导加速中的电子聚焦行为，也为实际应用提供了一种新的电子束，并且有可能在表面产生一种新的辐射源。
第三部分研究了超短超强激光与固体薄膜靶相互作用中形成的孤波和无碰撞静电冲击波结构及其对离子的加速行为。研究了有多种离子成分共存时的冲击波结构、各种离子的加速情况以及冲击波在不同材料界面上的传输过程，提出了利用对撞冲击波对高荷质比离子进行多次反射加速。这些研究为激光等离子体物理和天体等离子体物理找到了一些新的结合点。