随着激光技术的发展,利用超短超强激光与等离子体相互作用产生高能粒子和辐射已经成为激光等离子体领域的研究热点,其中相对论强度激光(??10^??W/cm^?)驱动的高能质子束在等离子体状态诊断、温稠密物质产生、快点火核聚变和放射性肿瘤治疗等方面有着广泛的应用前景。而在产生质子束的实际过程中,由于靶前预等离子体形成、靶面变形、靶后预等离子体激发等原因,预脉冲成为影响质子加速的重要影响因素。研究预脉冲在激光质子加速中的作用,发展调控质子束品质的方法,对于激光加速质子应用来说是十分有意义的。本论文介绍了利用超短超强激光脉冲与固体密度薄膜靶相互作用,加速产生高能质子方面的研究工作。论文的主要内容是上海交通大学200TW激光装置上开展的质子加速实验研究,通过激光和靶参数调控优化飞秒激光驱动质子束的能谱分布和空间强度分布,具体如下:我们在低对比度激光条件下观测到了稳定的平台结构质子能谱。研究表明,无碰撞冲击波加速（CSA）与靶后法线鞘层加速（TNSA）两种机制的复合作用是平台结构产生的主要原因。通过解析计算和二维粒子模拟（2D-PIC）发现,当靶前表面预等离子体尺度较大时,前表面的质子首先通过CSA机制加速,然后穿过靶达到后表面,并被靶后鞘层场进一步加速和能谱展宽。平台能谱结构的测量不仅可以用于激光固体靶相互作用中的等离子体状态诊断,也可以用于判断离子加速的机制。激光预脉冲也会影响电子的横向输运,进而改变质子束的品质。我们研究了激光对比度对两种不同横向尺寸靶质子加速的影响,发现质子束的能谱形状和空间分布存在固有的关联性。在低对比度激光下,毫米级横向尺寸平面靶（F-target）和百微米横向尺寸靶（S-target）产生的质子束都具有较大的发散角和平台的能谱结构;在高对比度激光下,F-target的质子束发散角显著减小,能谱形状变成指数型;而S-target质子的发散角和能谱形状保持原状。实验结果可以用热电子的横向输运和回流进行解释,并得到了二维流体模拟和PIC数值模拟的支持。在S-target加速产生的质子空间分布中,还观测到了多条线状结构,在低对比度激光条件下尤为显著。这些线状结构来自小尺寸靶的边缘以及靶杆。线状发射质子束反映了小尺寸靶中超热电子横向输运的特征和靶后磁场演化的信息。论文的实验工作依托于作者作为主要负责人的上海交通大学200TW激光固体密度等离子体相互作用实验平台。在博士期间,作者完成了上海交通大学200TW激光固体靶场区域的设计和建设任务,研制了针对高重复频率打靶的离子诊断设备,搭建了一套用于研究等离子体动力学演化的飞秒探针光系统;协助设计和组建了一套等离子体镜系统并对系统进行了表征,可以将200TW激光预脉冲和ASE的强度降低两个数量级。