基于等离子体尾波的先进加速技术在过去十年取得了巨大进展,有望为激光和加速器的应用带来革命性变化。当前尾波加速研究的关键挑战之一是如何可控地产生远优于现有加速器技术的高品质束流。本论文针对这一问题开展深入研究,在系统梳理注入过程一般性规律的基础上,重点研究了电离注入与等离子体密度调变注入两类方法,提出了能够有效产生超高品质束流的新方案。此类方案能将束流亮度在现有技术基础上提升3-6个量级,一旦在实验上获得验证,将对未来光源与对撞机技术的发展产生重要影响。本论文还系统发展了一种新的高效率低噪声粒子模拟算法,为以上方案的模拟检验提供了有效工具。此外,论文还详细讨论了超低发射度测量问题,确认了一种可行的测量方法,为今后开展相关实验研究打下了基础。以下为各章节内容概要:第二章系统分析了尾波加速中注入过程的一般规律,提出了产生高品质束流的基本思路。第三章在系统分析电离注入物理过程的基础上,提出了束流驱动尾场中横向激光对撞电离注入的新方案。模拟显示该方案可以产生具有超低发射度（<10 nm）的低能散（～10 keV切片能散）超高亮度(>1019A m-2rad-2,比现有技术高约3个量级)束流。第四章系统探讨了在blowout regime中通过等离子体密度调变产生超高品质束流的可能性。通过深入分析电子注入的运动过程,建立了相应的三维动力学模型,找到了提升束流品质的关键。通过模拟进一步证实该方案可以产生具有超低发射度（～10 nm）的高流强（>10 kA）低能散（<1 MeV切片能散）超高亮度(>1019A m-2rad-2)束流。同时,利用该方案特有的物理相似性,我们还提出了相应的级联注入方案,可将束流亮度进一步提升2-3个数量级。第五章详细描述了一种高并行度的低噪声粒子模拟算法。该算法能有效消除现有PIC模拟中的数值切伦科夫不稳定性,为高品质注入研究提供了重要工具。第六章就超低发射度测量问题开展了深入探讨。针对高梯度永磁四极铁组方案,开展了系统的误差和可靠性分析,确认了该方法在超低发射度（<0.1μm）测量方面的潜力。在此基础上,设计加工了具有50 nm发射度分辨率的实验系统,初步实现了μm级发射度的测量,为未来超低发射度测量实验打下了基础。