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激光尾波场加速器能够提供相比于传统射频加速器高3个量级的加速梯度，是台式化自由电子激光器的理想电子源。单级的激光尾波场加速器能够获得GeV量级的准单能电子束，但是电子束的能散度往往不够小而且不易控制。这是由于电子的注入和加速无法独立控制，而且这两者对激光及等离子体的要求是不同的。激光尾波场级联加速方案能够分别独立控制电子注入和电子加速两个过程，因而能够获得低能散度的数GeV能量的准单能电子柬。为了获得稳定的高性能电子束，需要优化激光驱动级联尾波场电子加速器的注入级和加速级的匹配。本论文围绕激光尾波场级联加速方案展开了相关的实验研究，并在理论和particle-in-cell(PIC)的基础上对隧穿电离注入机制进行了唯象的分析，取得了以下方面的进展: 1.参与搭建了相对论性强激光驱动激光尾波场级联电子加速实验研究平台。分别进行了电离注入和密度梯度注入的级联加速实验。通过优化电子进入低密度加速级的注入相，仅用2 mm的加速距就离获得了能量超过0.5 GeV、能散度为3％的准单能电子束。把第二段加速级的长度加长到5mm，获得了峰值能量超过1 GeV的准单能电子束。 2.参与了各个监测系统的搭建和使用。利用光栅光谱仪监测电离产生的激光光谱蓝移和尾波场形成所产生的光谱红移，从而分析电离程度和尾波场的大小。利用磁光法拉第旋转效应获得了时间分辨的磁场，从而有效监控电子在注入级的注入和在加速级的加速。利用迈克耳逊干涉仪测量等离子体密度通道，从而有效监控激光在等离子体中的导引。 3.基于唯象模型分析了隧穿电离注入的动力学过程。发现要使隧穿电离注入发生，超短超强激光脉冲的光强存在一个上限，即当激光光强超过一定值时，电离注入不再发生。通过观察隧穿电离注入电子在激光和尾波场中的运动，发现在空泡机制下，垂直线偏振驱动激光偏振面方向，电子整体运动呈现出丝状结构和半相干的betatron振荡。