高能粒子加速器及高亮度辐射源在基础科学研究、工业生产测试及医疗健康等领域的应用日益广泛,在国民生活中也发挥着越来越不可替代的作用,应用需求持续增强。伴随着超强激光技术的发展,激光等离子体加速及辐射源的相关研究日趋成熟,并取得了一系列里程碑式的进展;由于其加速梯度高、脉宽短、亮度高、源尺寸小等特点,被认为在高能电子加速器、先进X光光源的小型化甚至普及化方面将发挥重要作用。本文介绍了作者攻读博士学位期间在超短超强激光驱动的直接电子加速及X-ray辐射方面开展的研究工作,论文主要分为以下几个部分:第一部分为绪论,作为全文的基础,重点介绍了激光等离子体电子加速的基本原理、重要物理过程及研究现状。具体介绍了超强飞秒激光的产生原理,激光在等离子体中的传输效应及加速结构的产生,不同加速机制的物理原理及电子注入机制等。第二部分是激光驱动的短周期强磁场波荡器及高亮度准单色X-ray辐射源研究。首先论述了激光尾波场加速电子在驱动高亮度Undulator辐射甚至是自由电子激光时电子能散过大这一主要瓶颈问题;利用理论分析结合数值模拟,详细介绍了一种短周期强磁场波荡器方案,说明了短周期强磁场的波荡器在激光尾波场电子束驱动高亮度、可调谐的单色辐射源以及降低自由电子激光Pierce参量及增益长度方面的显著优势。第三部分是啁啾激光直接电子加速理论及实验研究。介绍了激光直接加速的研究现状,重点介绍了啁啾激光脉冲在直接电子加速过程中提升电子电量、电子能量的作用;在理论上分析了啁啾对激光电场的影响,并结合了PIC模拟说明当二阶色散产生最大的啁啾强度时,电子电量及能量获得最佳提升。第四部分是PW激光与近临界密度等离子体相互作用的实验研究。介绍了PW飞秒激光与近临界密度等离子体作用,通过激光直接加速机制利用PW激光的超强电场和近邻界密度等离子体增强对激光的吸收,获得了目前为止最高能量转换效率(10-4)的Betatron辐射;结合PIC模拟,说明了通过控制电子加速过程提升电子能量能够进一步增加能量转换效率,证明了陡峭的等离子体密度梯度对提升电子能量的重要影响。第五部分是实验诊断技术研究,主要涉及超快X/γ射线的聚焦及能谱诊断。具体包括Compton伽马能谱仪、Betatron温稠密物质吸收谱学系统、Von-Hamos晶体谱仪。第六部分是总结与展望,该部分归纳总结了作者博士期间研究工作的重要进展及意义,并对后续研究方向进行了展望。