随着激光技术的发展,超强激光与物质相互作用已成为物理学前沿研究中的一个重要方向。超强激光与物质相互作用产生的各种电子源、离子源和辐射源等,已经应用于高能量密度物理实验研究,并有望在材料探测、癌症治疗等方面得到应用。本论文主要研究了两个方面的内容,一是离化效应对超强激光与CH气体靶相互作用的影响,二是超强激光和纳米丝靶相互作用过程中自生磁场的产生和影响。利用包含碰撞和电离物理建模的粒子模拟(PIC)方法,我们研究了超强激光与CH气体靶的相互作用。研究发现:激光与近临界密度CH气体靶相互作用时,当激光能量耗尽后会在等离子体通道尾部形成磁偶极子涡旋(内部自生磁场高达100 MG),该磁偶极子涡旋会在磁压作用下自持存在较长时间;等离子体通道的形成分为两个阶段,在激光能量耗尽之前等离子体通道主要通过激光有质动力排开电子形成,当激光能量耗尽之后等离子体通道主要依靠磁偶极子涡旋中磁压的作用形成。研究还发现,不考虑离化过程情况下磁偶极子涡旋向前运动时较容易发生偏折,导致因其形成的等离子体通道也会发生偏折;考虑离化过程情况下,离化效应可以抑制等离子体通道的偏转,其原因是离化效应可以抑制等离子体通道前沿形成等离子体密度的堆积。百兆高斯自生磁场不仅对等离子体通道产生影响,还会影响强流电子束的产生和输运效率。基于电子磁流体方程组,我们建立了超强激光与纳米丝靶相互作用过程中自生磁场强度和分布的理论模型,理论模型表明自生磁场的分布和强度主要由纳米丝靶中超热电子束流的强度和等离子体密度梯度决定,而靶材料对纳米丝靶中自生磁场的影响较小。开展了激光与纳米丝靶相互作用的PIC模拟研究,模拟给出的自生磁场与理论模型预测基本一致;模拟结果还表明:电子在纳米丝靶中的运动受自生磁场的影响较大,而离子在纳米丝靶中的运动主要受静电场的影响,通过理论分析发现处于纳米丝靶自生电磁场中的离子跨越两根纳米丝的时间大约是100 fs,因此纳米丝靶能够保持结构完整的时间大约在50～100 fs之间,模拟结果和理论分析结果较为一致。该研究对认识纳米丝靶结构在改善强激光与靶相互作用产生高能电子束和离子束品质中的作用有重要意义。在本论文中,我们首先介绍了本论文的研究背景和基础知识,包括激光聚变的基本概念,激光技术的发展历程,超强激光驱动粒子源的研究进展,以及PIC模拟方法。在第二章,我们详细介绍了 PIC模拟中的离化动理学模型,包含场致电离和碰撞电离的处理,电复合过程和离化势的处理。在第三章,介绍了利用包含电离过程的粒子模拟(PIC)方法,模拟研究超强激光与CH气体靶相互作用获得的研究结果。在第四章,介绍了超强激光与纳米丝靶相互作用过程中自生磁场的理论模型,以及相关的数值模拟结果。最后是总结和展望。