自上世纪八十年代啁啾放大技术出现以来,强场物理作为一门崭新的学科随着激光场强度的快速增长得到惊人的发展,涌现出许多全新的研究方向和研究内容,比如激光加速、强场和原子或者真空相互作用过程中发生的各种非微扰量子电动力学效应以及基于强激光的惯性约束核聚变等等。尤其是在过去的十多年中,在等离子激光加速方面,出现了大量的实验和理论研究工作。最近,基于超强激光与等离子体相互作用的光压加速又成为人们普遍关注的一个新的研究热点。所谓光压加速,就是利用超强激光场产生的有质动力势直接推动电子和离子实现加速,其优点是加速梯度高,没有电荷依赖,对电子和离子都可以实施,尤其适合固体靶密度的粒子加速。但是由于电子和离子的质量差异巨大,因此面对有质动力势的作用,它们的加速度不一样,从而很难实现电子和离子的同步加速。虽然在目前现有的研究中,如果考虑到电子和离子的耦合相互作用,可以实现电子和离子一起向前运动,但粒子数目不大,且电子和离子也没能达到长时间同步运动。为此,本论文采取粒子模拟(PIC, particle in cell)的方法研究了一种利用超强超短激光脉冲和两个不同密度的固体靶先后相互作用,实现了中性等离子块整体加速的方案。这一方案不但可以有效避免同种电荷间的库伦排斥,从而完成高能离子体块在空间的长距离传输,而且有可能在Hora教授提出的基于中性等离子体块加速的核聚变新方案中得以应用。在该方案中,我们所采用的激光场强度为I=1022Wcm-2,激光脉冲长度为τ=16fs,在该激光场作用下,固体靶用电子和质子构成的等离子体来描述。具体的相互作用过程如下：1.首先,激光脉冲入射到一个粒子数密度为1028m-3、厚度为200nm的前置固体靶上。由于光压极大,该靶中的电子得到快速响应而被迅速加速,并被推出靶外。由于相互作用时间极短,质子几乎来不及响应而保持不动。加速出去的电子位于激光脉冲的前沿,几乎和光场同位相运动。2.以上激光脉冲和电子束共同运动7μm后,继续和第二个密度为1029m-3、厚度为300nm的目标靶相互作用。在来自前置固体靶电子和超强激光脉冲的共同作用下,目标靶中的质子会得到慢慢加速。3.在质子、电子、激光场都脱离目标靶后,继续耦合飞行1.3μm后,质子和电子开始重合到一起,形成一个中性等离子块。4.在等离子块中,电子和质子的速度几乎相同,它们会一起飞行长达35μm的距离,仍未散开,从而实现了中性等离子块的整体加速。加速后的质子能量为2.13GeV,能散约为4%,电子能量为MeV量级。整个PIC模拟使用Vorpal商用软件包完成,后期的数据处理使用matlab完成。在以上加速方案中,所用数据已经优化。因为我们发现,两块靶的厚度和密度以及激光脉冲的强度和长度都对计算结果有很大影响。这表明中性等离子体块的形成是一个复杂的电子、离子和激光场相互耦合的结果。和过去人们常用的强激光和单个固体靶相互作用相比,我们方案中最核心的要素就是从前置固体靶中加速出来的电子,正是由于这群电子和超强激光对目标靶中质子的共同作用才导致目标靶中的质子速度赶上电子,进而形成高速运动的中性等离子体块。