近二十多年来,随着激光啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification,简称CPA)技术的迅速发展,基于激光等离子体相互作用的新型粒子加速器以及强光控制元件等成为当前国际上的研究热点。本文利用一维粒子模拟程序,对激光与等离子体相互作用产生准单能质子束以及运动等离子体密度光栅的物理过程进行了研究。论文分为三个部分:第一部分是高阶形状因子(二次样条插值算法)在一维粒子模拟程序中的应用。理论和粒子模拟均表明,采用高阶形状因子能有效降低数值噪声,大大减少计算量。第二部分是对超短超强激光与超薄双层靶(基底层和加速层厚度均为纳米量级)相互作用产生准单能质子束过程的模拟研究。研究表明,基底层厚度及加速层厚度对质子能谱的影响至关重要。减小基底层厚度,靶后静电场增强,质子的最大能量显著增大;减小加速层厚度,靶后静电场分布变得更加均匀,质子能谱中心能量变化不大,单能性变好。通过优化参数,获得了能散度为7%的准单能质子束。第三部分是对运动等离子体密度光栅的产生和物理特性进行了理论和模拟研究。当两束频率不同的激光在等离子体中产生拍频场时,等离子体中的电子会被激发起来形成运动等离子体密度光栅,而离子基本保持不动。我们从双流体方程出发求解了等离子体中的电子密度扰动,得到了运动等离子体密度光栅的空间周期和运动速度,理论与一维粒子模拟结果符合得很好。我们对运动光栅的形成机制、形成条件以及运动特性进行了粒子模拟研究,并模拟了信号光在运动光栅中的传播过程,观察到信号光的背向散射产生了频移现象。