随着超强超短激光技术的发展,激光与带电粒子相互作用的相关研究,如非线性Thomson/Compton散射、自由电子激光器、粒子加速、惯性约束聚变等引起了许多学者的研究兴趣.非线性Thomson散射通常是指电子在激光场中被加速从而产生辐射的过程,因其具有小型化、准直性好、持续时间短、峰值亮度高等优点,在X射线产生、化学反应跟踪、阿秒科学等领域具有潜在的应用价值.目前关于非线性Thomson散射的研究主要集中在非紧聚焦激光,也就是激光的横向强度均匀分布并且遍布全空间,例如平面波激光场或横向强度分布均匀的激光脉冲.对于实验室激光,特别是超强超短激光,其横向强度通常限定在一定的局部范围内,即为紧聚焦激光脉冲.因此,研究电子在紧聚焦激光脉冲中的非线性Thomson散射具有重要的科学意义和应用前景.本论文围绕电子与线偏振紧聚焦激光脉冲相互作用的非线性Thomson散射,分别研究了最低阶近似的紧聚焦高斯激光脉冲、高阶修正的紧聚焦高斯激光脉冲以及紧聚焦q-高斯激光脉冲（当q值趋于无穷大时,q-高斯激光退化成高斯激光）驱动下的电子动力学及其非线性Thomson背向散射.研究发现:在紧聚焦激光脉冲中,由于其产生的横向有质动力会把电子推出激光场,从而破坏了电子运动关于激光包络的对称性.首次发现当电子运动的对称性被破坏时,非线性Thomson背向散射谱中产生了偶次谐波,且偶次谐波的强度随着激光峰值的增加、脉冲宽度的延长、焦斑半径的减小以及q-参数的增大不断增强.这些结果不仅加深了研究者对紧聚焦高斯激光脉冲中非线性Thomson背向散射的认识、丰富了非线性Thomson背向散射谱,而且为通过非线性Thomson背向散射产生强的偶次谐波提供了一种可能的途径.现将本论文的研究内容及具体研究结果总结如下:1.第2章通过考虑激光脉冲的紧聚焦效应,研究了电子在最低阶近似的线偏振紧聚焦高斯激光脉冲驱动下的电子动力学及其非线性Thomson背向散射.首先从电子满足的洛伦兹方程出发,得到了电子在紧聚焦高斯激光脉冲中的动力学微分方程组.然后利用4阶Runge-Kutta法求解电子的动力学微分方程组,得到了电子的具体动力学行为,包括运动轨迹、速度以及加速度等.最后,将电子的动力学行为代入远场近似下的非线性Thomson散射谱公式,得到了相应的非线性Thomson背向散射谱,并重点研究了激光峰值、脉冲宽度、焦斑半径以及初始相位对电子动力学及其非线性Thomson背向散射谱的影响.研究结果表明:在紧聚焦激光脉冲中,由于其产生的横向有质动力会把电子推出激光场,从而破坏了电子运动关于激光包络的对称性.首次发现当电子运动的对称性被破坏时,非线性Thomson背向散射谱中产生了偶次谐波.并且随着激光峰值的增强、脉冲宽度的延长以及焦斑半径的减小,电子在线偏振紧聚焦高斯激光脉冲中被推出去的相对位置提前,从而电子轨迹对称性的破坏更加明显,相应地,产生的偶次谐波也越强.此外,初始相位不仅影响电子是否会被推出激光脉冲,还会影响其推出的方向,进而影响非线性Thomson背向散射谱中偶次谐波的产生及强度.2.第3章研究了考虑高阶修正的线偏振紧聚焦高斯激光脉冲驱动下的电子动力学及其非线性Thomson背向散射.研究思路和方法与第2章类似,主要研究了高阶修正的影响.研究结果表明:当考虑高阶修正时,电子动力学及其非线性Thomson背向散射谱与第2章中最低阶近似的情形定性一致,即电子仍然可以被紧聚焦激光脉冲推出激光场,造成电子运动轨迹对称性的破坏,从而在非线性Thomson背向散射谱中产生了偶次谐波.同样通过增加激光峰值、延长脉冲宽度和减小焦斑半径可提高偶次谐波的强度.这说明第2章在最低阶近似下研究紧聚焦激光脉冲下的非线性Thomson散射是有效且合理的.但是,与第2章中的最低阶近似相比,由于在高阶修正中考虑了激光波阵面的非平面效应和激光焦斑的Rayleigh衍射效应,这增加了电子在线偏振紧聚焦激光脉冲中的纵向位移,也使电子轨迹对称性的破坏更加明显,从而进一步提高了偶次谐波的强度.研究还发现高阶修正降低了相应奇次谐波的辐射强度.3.第4章研究了线偏振紧聚焦q-高斯激光脉冲驱动下的电子动力学及其非线性Thomson背向散射.研究思路和方法与第2、3章类似,重点研究了紧聚焦因子q-参数的影响.研究结果表明:与紧聚焦高斯激光类似,电子在紧聚焦q-高斯激光脉冲中也可以被推出激光场,造成电子运动轨迹对称性的破坏,从而产生偶次谐波.同样随着激光峰值的增强、脉冲宽度的延长以及焦斑半径的减小,电子在紧聚焦q-高斯激光脉冲中被推出去的相对位置不断提前,电子轨迹对称性的破坏更加明显,产生的偶次谐波的强度也更强.另一方面,当紧聚焦因子q减小时,由于横向有质动力随着q-参数的减小而减弱,电子将更不易被推出激光场,从而降低了电子运动轨迹对称性的破坏程度和偶次谐波的峰值强度.相应地,辐射峰的锐利程度也随之降低.