激光等离子体尾波场加速器(laser-plasma wakefield accelerator,LWFA)利用等离子体波能够承载加速梯度高达100GV/m加速电场的优点,突破了传统射频加速器中加速梯度小于100MV/m的限制,成为一种极具潜力的台面型加速器。在传统加速器建造成本越来越高、体积越来越大的情况下,等离子体尾波场加速器成为攀登能量前沿的粒子物理学家的希望,同时它在质子治癌、核医学、核聚变、材料科学、结构生物学等各个领域具有广阔的应用前景。激光等离子体尾波场加速吸引着越来越多的等离子体物理、激光物理、加速器物理学家。本论文的工作着重从理论模拟上研究激光等离子体电子加速的电子注入问题,从实验上研究激光等离子体电子加速实验中关于毛细管波导里等离子体密度探测问题。论文主要包四个部分:　　 第一部分(第二章)系统总结了散见于各种前沿文献中关于激光等离子体尾波场加速器的基本物理机制、基本概念术语公式以及主要研究方向等。　　 第二部份(第三、四章)对LWFA中的外电子注入法和光学注入法进行研究。　　 在第三章深入研究了电子束团在激光脉冲之前注入等离子体的外电子注入法。一维理论分析发现当电子束团在激光脉冲之前注入等离子体中,经过等离子体尾波场的作用,束团的纵向长度能够被压缩两个数量级(从几百微米压缩至几微米)。在对注入束团束流尾场效应的研究中发现注入束团均方根长度为σrms=60μm时注入束团电子密度nb0与等离子体密度np之比满足nb0/np<0.01时注入束团的尾波场效应可以忽略。通过VORPAL模拟在一维条件下得到了能散为1.8％、能量为311MeV,束长为2.75μm,9fs,电量约为1pC的电子束团。模拟发现在一维条件下用该方法能够在长达3-4cm的加速距离内使束团保持良好加速。分析了注入束团的初始能量、束团纵向长度、激光脉冲强度对加速束团性能的影响。　　 在第四章深入研究了碰撞脉冲注入法(CPI):论述了CPI的基本物理模型,从相空间的角度分析了电子在CPI系统中的运动,阐明了该方法的可行性:用OOPIC模拟了两维条件下CPI中电子的注入俘获加速过程,优化了CPI系统初始参数,用OOPIC模拟证实了束团在尾波场中加速时存在横向betatron振荡现象；用VORPAL模拟证实了碰撞拍频场对原等离子体尾波场的屏蔽效应；通过理论推导和PIC模拟比较了PP(parallel polarizationl)和CP(crossed polarization)两种情况下,碰撞场对电子的加热、对尾波场的屏蔽以及对电子注入量的影响,证实了两偏振方向互相垂直(CP)的脉冲碰撞也能俘获电子。　　 第三部分(第五章)分析了LWFA实验的关键器件--毛细管波导对探针光的散射特征,首次提出了将干涉相移法同X射线断层成像技术相结合探测毛细管等离子体密度的方法；通过各种实验和模拟证明了该方法的可行性；设计了实验探测光路,对关键光学元器件进行了分析、选购,搭建完成了实验用预马赫-曾德干涉光路。