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本论文主要分为三部分：二维Particle-In-Cell(PIC)串行和并行粒子模拟程序的编制，超强超短激光—等离子体相互作用产生阿秒(as)脉冲和太赫兹(THz)辐射的研究，和强激光与微滴等离子体作用产生超热电子和高能质子的研究。
第一部分主要介绍了激光等离子体相互作用的粒子模拟方法。包括用FDTD方法求解麦克斯韦方程组，求解相对论粒子运动方程，以及电流密度、初始条件、边界条件处理方法等。
第二部分包括三项内容：(1)激光参数和电子初始状态对单电子非线性Thomson散射的影响：强激光场作用下电子的辐射通常以阿秒脉冲列的形式出现；光强越大，电子辐射越强、脉宽越窄、中心频率越大、方向性越好；做相对论运动的电子产生的辐射趋向于电子运动的方向；高能电子横向穿越高斯光束时，激光强度、束腰半径，尤其是电子初始能量对辐射脉冲的影响很大。(2)紧聚焦的超短强激光脉冲被高密度等离子体表面反射可以产生单个的阿秒脉冲。通过相对论二维PIC模拟发现，这种作用可以产生以一定的发射角辐射的孤立阿秒脉冲。在一定范围内，随着入射激光强度的增加，反射的阿秒脉冲的脉宽减小，能量增加，但激光到阿秒脉冲的转换效率减小。在给定激光脉冲下，我们可以通过改变高密靶表面结构提高阿秒脉冲的性质，比如采用球形表面，或恰当的密度标长的预等离子体。这项研究对今后的这类实验研究具有指导意义。(3)研究了等离子体通道中产生的THz辐射。发现在通道两侧都可以产生THz辐射，其频率和激光在通道内激起的等离子体波频率相符。在激光尾波场加速粒子研究中，这个辐射可以用来诊断通道两侧激发的等离子体波的振幅和振荡频率。
第三部分用二维PIC程序模拟了超短强激光和微滴等离子体的相互作用。在弱相对论激光强度下(譬如归一化激光振幅a0=0.1)，由于预等离子体存在而引起的共振吸收机制产生了和激光传播方向成一定角度的、背向的双束超热电子喷射。它们以激光入射平面为对称面，并且分布在激光偏振平面内。当激光振幅参数增加到a0=2时，由激光有质动力产生的，以一个光周期为间隔的电子束脉冲叠加到热电子喷射上。随着超热电子的产生，靶内的质子也获得加速。被加速的质子可以分成两群，一群能量较高，各向异性，和热电子的喷射相关；另一群能量较低，各向同性，由偶极性膨胀产生。