本论文的工作主要是围绕超短超强激光与固体薄膜靶相互作用中离子加速的课题展开。论文包括三个主要部分：二维Particle-In-Cell(PIC)串行粒子模拟程序扩展为并行粒子模拟程序，稳相加速机制下离子能量定标率和偏振性质的影响，超强激光与固体薄膜靶相互作用中离子加速的实验研究。　　 第一部分主要介绍了激光等离子体相互作用的粒子模拟方法。包括用FDTD方法求解麦克斯韦方程组，求解相对论粒子运动方程，以及电流密度、初始条件、边界条件处理方法等。　　 第二部分利用1维PIC模拟程序获得了圆偏振稳相加速模型的能量定标率，发现其与光压作用下的能量相当。然后利用2维PIC程序对稳相加速在实验应用中出现的偏振变化的情况进行讨论，发现当其中一维的电场分量的衰减系数θ大于0.3的情况下均能获得低能散的质子束。　　 第三部分主要介绍和分析了在中国科学院物理研究所20TW钛宝石激光系统(XL-Ⅱ)上进行的激光与固体等离子相互作用中离子加速的实验内容。实验最高获得了3.5MeV的质子束和16MeV碳离子束，这个实验结果略优于相似条件的国际上其他工作组的实验。实验的结果可以分为三个部分：首先我们研究了fs预脉冲的作用，在fs预脉冲过大的情况下，由于冲击波破坏了靶材的后表面，在靶后形成大密度标长的等离子体，难以有效的建立鞘层加速，无法获得高能质子。因此要获得高能量的质子，需要降低fs预脉冲的强度，抑制fs预脉冲的作用。其次，我们还对TNSA机制下质子能量随靶厚靶材的变化进行了分析。发现在对比度确定的情况下，靶的厚度存在一个能够获得最高能量的最佳值，并且发现利用质子的截止能量还可以确定热电子入射进靶内的张角。最后讨论了激光传输方向质子束的问题，分析发现这束质子来源于靶前表面的加速，并且只有在对比度合适的情况下才能观察到。