近十几年来,基于啁啾脉冲放大技术的超强超短激光与物质的相互作用的研究获得了重大进展,促进了超快X射线吸收谱学、动态泵浦探测和实验室天体物理学等学科的快速发展。本论文主要基于超强激光与等离子体的相互作用,对尾波场电子加速、逆康普顿散射X射线源和Kα X射线源的产生分别进行了实验研究。第一章为绪论部分,先介绍了激光等离子体尾波场电子加速的发展历程,并对其进行了分类,从影响电子束团品质的各个参数出发详细地进行了分析。第二部分介绍了激光驱动的逆康普顿散射X射线源和发展历程,并详细分析了如何来提升X射线源的品质。第二章介绍了激光尾波场加速中如何来优化电子束的品质。详细分析了气体的种类(氮气和氦气)、激光能量、等离子体密度、聚焦位置、激光脉宽和角啁啾对电子品质的影响。研究发现改变Dazzler的二阶色散的数值大小可以改变波前倾斜程度,从而造成了电子在水平偏振方向中心位置的变化,表明二阶色散对角啁啾在电子的产生方面具有补偿作用。第三章介绍了在中科院物理所15TW激光装置上,采用自同步的纯氮气的激光尾波场电子加速和等离子体镜相结合的方式,获得了逆康普顿散射硬X射线源。在低背压的纯氮气中,激光能量的透过率被提高到95%,低的等离子体密度也提高了电子的稳定性。进一步,通过巧妙地设计,提高了返回光的强度,增强了硬X射线的产额,达到4.5×107。第四章简单介绍了利用激光等离子体相互作用产生超快Kα X射线源,利用该稳定的X射线源对样品进行了清晰地成像。