随着超强激光技术的发展,人们已经可以获得聚焦强度超过1022W/cm2、对比度超过1012的超短超强激光脉冲。超短超强激光与物质相互作用产生的准静态电场强度超过1012V/m,离子在儿微米的距离内获得儿十MeV的能量增益,这使得发展新型台面激光粒子加速器成为可能。高能离子有广阔的应用前景,其中几十到百MeV的离子束流能应用于高精度成像、癌症治疗、惯性约束聚变中的“快点火”、处理放射性废弃物；GeV甚至TeV的离子束流可以应用于高能物理和实验室天体物理等研究。目前,离子加速机制主要有：靶背鞘层加速、相对论自诱导透明加速、无碰撞激波加速、辐射压或稳相加速等。但对上述加速机制而言,离子的有效加速距离往往不到百微米,因此很难将其加速到高能量。本论文研究超短超强激光与”薄膜+低密度等离子体”复合靶相互作用的两相加速：辐射压加速组合激光尾场加速,即辐射压加速产生的相对论离了被尾场捕获,增大离子的有效加速距离,从而产生超高能量甚至TeV量级的离子束。本论文具体工作如下：1、超强激光辐射压压缩薄膜电子并加速质子,当激光有质动力大于空间电荷分离力时,压缩电子层和加速质子层能有效地分开,而不是形成double-layers (双层结构),从而使得加速质子能有效地注入到尾场,这是两相加速方案的基础,同时在激光薄膜相互作用阶段,我们估计了加速质子穿越薄膜背而的速度及穿越时间。随后激光穿透薄膜与低密度等离子体相互作用,激发尾场捕获并长距离加速相对论质了,我们的解析理论能有效地描述质子的注入和加速过程,定量给出激光与低密度等离子体相互作用产生的最大纵向电场、激光的泵浦消耗长度、加速质子束在尾场中的失谐长度,并最终给出加速质子的能量增益。根据该解析理论,强度为1.7×1023W/cm2的激光与复合靶相互作用,在厘米尺度内加速产生能量增益超过0.5TeV的准单能质子束,与PIC粒子模拟结果吻合。2、对荷电荷数为Z的重离子,在两相加速方案下,从离子在尾场中的相对论动力学方程出发,能推导出重离子在尾场中获得的能量增益正比于其荷电荷数Z,且激光尾波场调制加速离子的束流宽度,根据经典尾场理论得到尾场正电场区域的空间尺度,因此估计出加速离子的束流宽度。3、超短超强激光脉冲与多密度复合靶相互作用,驱动多级联尾场加速离子,即在薄膜后放置多种密度的气体等离子体,在多密度界面上,等离子体密度出现阶跃奇点,导致激光激发的尾波场其空间尺寸缩短、强度增大,从而能调制加速质子的束流长度,截断其低能尾部,产生超短脉冲、高能量增益的准单能质子束。4、多维情况下,须约束加速质子的空间横向散开效应,并抑制激光脉冲的衍射效应,因此我们研究了"mass limited target (MLT)+等离子体密度通道”复合靶情况,初始大焦斑激光先与横向小尺寸的MLT相互作用,其辐射压加速产生相对论质子,二维情况下,受MLT的调制初始激光演变为twin-pulses(双脉冲),在等离子体密度通道导引下其衍射效应被抑制,双脉冲在等离子体密度通道中长距离稳定传输,形成中间连接的twin-wakes(双尾场),且在初始激光光轴方向上有强的电子回流。双尾场结构中其准静态场横向准直、纵向长距离加速相对论质子束,从而产生短脉冲、准直、准单能的高能质子束。三维情况下,考虑”圆柱形薄膜+等离子体密度通道”复合靶情况,超短超强激光与之相互作用,形成的加速结构由二维情况的双尾场演化为torus(圆环),同样能加速准直相对论质子束。