相对论强光光学是门正在迅速发展的新兴学科，它涉及非线性光学、等离子体物理、高能物理、加速器物理等学科，高能粒子的加热和加速是其中的核心问题。随着激光技术的飞速发展，人们已能获得聚焦强度超过1022W/cm2、单脉冲宽度小于10fs的相对论激光脉冲，这在实验和理论上大大推进了粒子加速的研究。强激光与固体靶相互作用中高能离子的产生，已得到很多的理论及实验研究，目前离子加速机制主要有前场离子加速、后场离子加速以及激波驱动的加速等。这些加速机制的效率和产生的离子能量随着所用激光强度、脉冲宽度和等离子体密度等参数的不同而有所不同。但无论是靶前加速还是靶后加速，很久以来，人们大多选用线偏振激光与等离子体作用，对于圆偏振激光的研究则相对较少。本论文主要进行了飞秒相对论圆偏振激光与等离子体靶相互作用过程中离子加速的研究工作，具体如下：　　 1采用一维particle in cell粒子模拟程序研究了飞秒圆偏振激光脉冲与固体靶相互作用，通过得到的离子密度和离子速度分布图分析了离子随时间的运动演化。采用中等强度(2.74×1018W/cm2，相应的归一化矢势α=1)平顶形状的长脉冲作用在初始密度为5nc(nc为临界密度)的冷冻等离子体靶上时，靶前的电子离子分离层可以保持较长的时间，电场始终为正，离子持续加速。宏观上看，激光脉冲如同活塞一样可以比较长时间稳定加速离子，类比静电激波加速理论，离子呈现出不断反射的过程，相空间中形成速度平台，模拟结果与数值计算吻合较好。　　 2中等强度的圆偏振平顶激光脉冲与初始冷冻的等离子体靶相互作用可以稳定加速离子，在离子相空间形成速度平台结构，当所有的离子都被加速到具有相同速度的单能态时便得到了单能离子源。此时，如若激光脉冲持续，靶前仍形成相同的静电场对离子进行二次加速到更高单能态。如果参数合适，离子会受到更多次加速。因而，利用这种多次加速机制，可以在某些特定时刻(可求)获得单能性较好的离子源。以峰值强度为1.096×1019W/cm2(α=2)的激光为例，经过二次加速后离子能量达到几兆电子伏特(MeV)。每一次加速后的离子速度可以通过离子反射模型求得，与模拟结果吻合的很好。　　 3在以上基础上，采用数值解析和计算机模拟详细讨论了圆偏振激光作用下等离子体背景温度对静电激波产生及离子加速的影响。发现初始背景温度较低时，少数离子穿透到激波面后，其余被反射的离子速度比初始背景温度为零时稍大，这与理论解析结果相符。当初始背景温度较高时，由于离子速度分布较宽，满足反射条件的离子数量减少，尽管被反射的离子获得的能量更高，但大部分离子会穿过激波波面。这也就是说，较低的初始离子温度对应于更加单能的离子源，而较高的初始离子温度对应于被反射离子的较高能量。　　 4采用超强激光脉冲(2.74×1022W/cm2，α=100)作用在初始密度为10nc的冷冻靶上时，对比圆偏振激光和线偏振激光脉冲作用效果，发现圆偏振激光作用时部分离子反射得到相对论能量，激光作用70个周期后激光能量转换效率达到近50％。当此种超强圆偏振激光与超薄靶(厚度为2倍激光波长)相互作用时，等离子体将被整体加速，产生吉电子伏特(GeV)能量的离子，且激光能量转换成离子能量效率趋于100％。　　 5研究了圆偏振激光强度对离子加速和靶前动态平衡的影响，发现较强激光(1020w/cm2，归一化矢势α～10)作用到初始密度为10nc的冷冻靶上时，受离子运动影响，靶前电子所受光压和静电场的动态平衡比较明显，靶前静电分离场呈现周期性变化，离子被全反射，相空间不再是平滑的平台，而是包含很多弯曲状(curve)结构。　　 6利用基于VORPAL的PIC模拟程序研究了圆偏振激光脉冲与包含两种离子(不同质量不同密度)的混合靶相互作用时的离子加速。我们发现在强度为1019W/cm2(α=2)的激光作用下，离子加速分成两个比较明显的过程，初始，由于重离子惯性大，质子先加速，效果与等离子体靶只含纯质子情况的加速相似。随后，重离子被加速，且赶上质子以相同的速度共同加速。随着质子比重的提高，重离子加速效果越好，速度值介于两种纯离子时被加速的两个速度值之间，这与数值解析结果吻合得较好。另外，还研究了等离子体电子初始温度和等离子体靶厚度等参数的影响。