对极端场强下的物理过程及其效应的研究一直以来都是人们非常关注的课题。首先,在极端场强领域的基本物理过程和原理需要我们去探究；其次,在极端场强下有可能会产生新的物理过程和效应。在极端场强作用下的一个基本的物理效应就是非线性量子电动力学真空效应。在强电磁场作用下,真空表现为一种非线性的电磁介质：如果外场强度接近临界电场Ecrit≈1.32×1016V/cm,真空中会自发产生电子—正电子对。目前,研究这一基本物理效应的途径有两种。第一种途径是在地球实验室条件下,利用强激光来产生超强电磁场。要想观测到显著的非线性真空效应,必须要求电磁场的强度接近临界场强,对应的激光强度需达到1029W/cm2。目前,激光的强度已经可以达到1022W/cm2,而且预计强度为1026W/cm2的激光器正在建设之中。第二种途径是在天体物理环境中寻找适当的星体,例如脉冲星。这类星体的内部和表面都具有在地球实验室中望尘莫及的超强电磁场,它们是我们研究强场物理的天然实验室。在本文中,我们在脉冲星表面的等离子体环境下来研究非线性量子电动力学真空效应以及其对星体辐射的影响。论文主要研究内容分为三个部分：第一部分,研究了脉冲星表面对等离子体层中的真空电子对自发产生过程,以及其对脉冲星辐射的影响。第二部分,研究了电子对从脉冲星表面的真空中产生以后的辐射过程。第三部分,研究了相对论等离子体和真空极化效应对脉冲星和磁星表面辐射的引力红移的修正。本文主要创新性研究成果归纳如下：（1）首次计算了在脉冲星表面的高能辐射场和超强磁场共同作用下的真空电子对产生几率,并讨论了真空电子对产生过程中消耗的电磁辐射的能量。根据计算结果,我们分析了影响电子对产生几率的几个重要因素,筛选出了需要考虑真空电子对产生过程的脉冲星。脉冲星表面的典型电磁场强度远小于临界场,因此电子对的产生过程可以描述成量子力学中的遂穿效应,我们可以使用半经典的WKB近似方法来计算电子对产生几率。研究结果表明,脉冲星表面的电磁场强度对电子对的产生几率有非常大的影响；当电场和磁场强度增加时,电子对产生几率随之增加的很快。另外,当电磁辐射的频率接近磁化等离子体中的电子的回旋频率时,从真空中产生电子对的几率会迅速增大；而且等离子体环境对电子对产生起了非常重要的作用,等离子体越稠密,电子对产生几率越大。但是,对于一般的脉冲星（表面磁场B*～1012G）,这种电子对产生几率非常小,因此可以不予考虑。只有磁场的范围在10.3G<B*<2Bcrit （Bcrit=4.4×1013G是临界磁场强度）,并且辐射光度L>1035erg/s的脉冲星才是我们研究真空电子对产生过程的候选者（磁场的上限是由于我们使用的近似方法的局限性造成的）。（2）从经典和量子两个方面讨论了电子对从脉冲星表面的真空中产生以后的辐射过程。脉冲星表面的高能辐射在磁化对等离子体中传播时,与脉冲星的超强磁场共同作用会从真空中诱导出电子对。这些电子对在外电磁场作用下又会激发电磁波。我们首先利用含有粒子源项的电子的动理学方程（Boltzmann-Vlasov方程）和Maxwell方程组耦合,讨论了真空电子对激发的电磁场的性质,给出了电磁辐射的偏振特性。结果表明真空电子对激发的电磁辐射呈现出线偏振特性。然后,讨论了真空电子对的量子特性,给出了真空电子对的辐射谱,包括辐射频率和辐射光度。最后,讨论了星体表面的电磁辐射与真空电子对相互作用达到热平衡时,真空电子对的热辐射性质。（3）研究了介质对脉冲星和磁星表面辐射的引力红移的修正。首次将星体磁气圈中的相对论等离子体介质和量子真空联合起来考虑。星体表面发出的辐射的红移量包括两个部分：引力红移和非引力红移。非引力红移一方面来源于相对论等离子体介质的电磁和运动效应,分别由介质的折射率和运动速度表征。另一方面,在星体表面的超强磁场作用下,真空被极化,显示出双折射性质。真空极化效应会修正辐射在介质中传播的折射率,因此也会对辐射的红移量有所修正。因为光子在运动介质中的传播可以等效的描述为光子在运动介质所导致的弯曲时空中的测地线运动,而Gordon有效度规正是描述引力和运动介质共同导致的弯曲时空的度规,因此我们将Gordon度规推广到弱色散介质,然后在此理论框架下来研究介质对辐射的红移修正。研究表明,等离子体的电磁效应和动力学效应,以及真空极化效应会影响辐射谱的红移。在一些特殊条件下,红移修正量可以达到和引力红移一个量级。而且,介质导致的红移是各向异性的,与波的模式有关。