随着飞秒激光技术的发展，激光和物质的相互作用掀开了崭新的篇章。当激光脉冲聚焦后，强度超过1018W/cm2，其电场超过1012V/m，比传统加速器的电场高5～6个数量级。电子在如此强的电场中做相对论运动，激光场在微米的长度范围内把电子加速到MeV以上，这可以应用于激光电子加速器。 电子在激光场中作相对论运动的同时，伴随着高度非线性电磁辐射，可以产生短波长相干辐射源。 本论文主要进行了激光加速电子和相对论电子辐射的研究工作，具体如下：1.研究了电子在平面激光场中的运动轨迹。当激光的强度a0<<1(a0=1对应的激光的强度为Iλ2=1.38×1018Wμm2/cm2)时，电子主要受激光电场驱动作横模运动；当a0>>1时，电子在有质动力作用下作纵模运动更为显著。在平面波脉冲作用下，电子被脉冲的上升沿加速，被脉冲的下降沿减速，电子不能从激光脉冲中获得净能量增益。给出了初始静止的电子、有一定初速度的电子以及电离电子在激光场中的运动轨迹。 2.研究了紧聚焦的相对论飞秒激光脉冲在真空中对初始静止电子的加速。当激光脉冲的束腰半径小于电子在激光场中的纵向位移时，必须考虑激光脉冲和电子相互作用过程中脉冲束腰半径的变化。电子被脉冲上升沿加速时，激光脉冲的束腰半径小，强度大，对电子的加速效果显著；当激光脉冲的下降沿减速电子时，激光脉冲的束腰半径大，强度小，对电子的减速作用差。当电子和激光脉冲分离时，电子获得了能量增益。电子的能量增益和电子的初始位置以及激光的强度、束腰半径、脉宽都有关系。 3.研究了聚焦激光脉冲对有一定初速度电子的加速。当电子有一定的初速度，并和激光同向传播时，电子和脉冲上升沿的作用时间和作用距离大大增加，电子被激光脉冲的上升沿加速到极高的能量。当脉冲下降沿减速电子时，激光脉冲已经发散，强度很弱，减速作用几乎可以忽略不计。当电子和激光脉冲分离时，电子获得的能量增益大大增加。 4.研究了平面波激光脉冲和电子相互作用导致的激光同步辐射现象。当电子具有合适的初速度，传播方向与激光的传播方向相反时，电子在激光脉冲中心作圆周运动。由于电子的运动半径比传统同步辐射环中电子的运动半径小了好几个数量级，因此电子的辐射能量大大增加。这样的电子可以作为有效的激光同步辐射源。 另外，还研究了相对论飞秒激光脉冲和线性等离子体的相互作用。当激光强度较弱时，激光在线性等离子体中的光场分布可以用Airy函数来描述。但当光很强时，在等离子体内形成了一系列的“电子岛”和“电子空腔”。正负电荷的分离生成了静电场，一部分激光能量转化为静电能。 用数值模拟的方法研究了激光和不同密度薄膜靶的相互作用。研究发现薄膜靶的密度太低，则激光能量几乎直接穿透靶；当靶的密度太高时，激光能量被靶反射。当激光强度为1019W/cm2，靶的密度为2.5nc时，激光能量和靶耦合得较好，形成的静电场可以有效的加速离子。