上世纪八十年代以来,啁啾脉冲放大技术的发展使激光强度得到很大提高并达到10~222 W/cm~2的量级,极大拓宽了激光与物质之间相互作用的研究。基于激光―等离子体相互作用的粒子加速问题一直以来引人瞩目,在实验和理论方面进行了广泛的研究并取得了重要的成果,提出了很多粒子加速方案。就目前的研究现状来看,除了粒子束能量的提高,束流品质的改善是亟待解决的问题。研究表明,粒子束流的品质不仅与激光-粒子束的相互作用过程有关,还受到传输过程中空间电荷效应以及电磁阻尼等因素的影响,会导致束流发散、能散变大、亮度变低等,尤其是强流粒子束,其受空间电荷效应的影响更大。为了有效抑制带电粒子束传输过程中空间电荷效应以及电磁阻尼效应的影响,本文提出了中性等离子体块加速方案,旨在通过强激光产生的有质动力对等离子体进行整体推动,实现电子和离子的空间同步加速,形成能稳定传输的高品质粒子束流。此外,等离子体块因为其电中性特性可以很大程度地降低其在靶材压缩过程中受到的电磁阻尼作用,从而对靶材进行有效压缩,提高能量传递效率以及聚变反应率。基于此图像Hora等人提出了激光驱动核聚变反应的“块点火”方案,这将是一种低能耗激光聚变方案,有望实现非压缩态聚变点火,并为激光驱动的无辐射清洁核聚变反应,质子―硼同位素(p-11B)聚变提供有利条件。本论文通过粒子模拟（particle-in-cell,PIC）方法研究了强激光―等离子体相互作用驱动的等离子体块加速,主要对以下问题进行了分析探讨:1.我们提出了双等离子体靶加速方案,即超短超强激光脉冲与双等离子体靶相互作用,其中双靶由密度较小的等离子体预靶和致密等离子体目标靶组成。然后通过一维和二维的粒子模拟,研究了脉冲强度为～1022W·cm-2的超短圆偏振激光脉冲与不同参数双等离子体靶的相互作用过程。模拟结果表明,选取适当参数范围的预靶能够有效增强纵向电荷分离场,提高主靶电子和离子的空间同步性,以等离子体块结构进行整体加速。因而能够有效地抑制空间电荷效应,提高束流品质,使得产生的质子束具有动量发散度低,单色性好和准直性高等优点,且质子束的电流密度更高。同时,增强了激光脉冲和目标等离子体靶之间的耦合作用,提高了从激光脉冲到目标靶的能量转化效率。2.在实际应用中产生的激光都是线偏振的,从线偏振到圆偏振的转化,不仅过程复杂,还会引起激光能量的损失。因此我们将双等离子体靶方案应用到超短超强线偏振激光与等离子体的相互作用中,通过PIC数值模拟研究了线偏振激光脉冲驱动双等离子体靶运动的动力学过程。同时在模拟中采用了与激光脉冲强度横向分布匹配的双靶结构,有效地抑制了激光脉冲光压驱动靶面形变引起的各种不稳定性。然后,通过分析影响线偏激光与双等离子体靶相互作用的各种参数,如线偏振激光的极化特性,预等离子体靶的种类,预等离子体靶的面密度等,对线偏振激光―双等离子体靶相互作用方案进行了参数优化。最终实现了基于线偏振激光脉冲与双等离子靶相互作用驱动的高效等离子体块加速,获得了能量峰值在GeVs量级的高能单色准直粒子束流,且其空间传输稳定性很好,为等离子体块加速提供了另一种可选途径。3.我们研究了皮秒量级的激光脉冲与等离子体靶相互作用驱动的等离子体块加速。首先,分析了线偏振激光脉冲与等离子体靶相互作用的动力学过程,结果表明其作用过程主要分四个阶段:激光辐照靶面产生热电子;热电子通过静电场将能量转移给离子;等离子体温度快速升高发生内爆;激光卸载,等离子体降温,向真空扩散。值得注意的是,在内爆过程中产生了相向运动的中性等离子体块,其对激光加载产生高压的过程有具有重要贡献。通过分析内爆过程以及等离子体块的形成过程,我们发现激光场中的非线性力在内爆驱动的等离子体块加速过程中起主导作用。然后,研究了相同强度和宽度的圆偏振激光脉冲与等离子体靶的相互作用过程,并分析了脉冲强度对内爆过程以及中性等离子体块加速的影响。结果表明,该过程中等离子体的内爆过程被大幅压制,同时产生了具有很好的空间稳定性和电中性的等离子体块。本质上讲,圆偏振和线偏振激光脉冲与等离子体相互作用时,带电粒子受到的有质动力不同,因而圆偏振激光―等离子体相互作用过程中大幅抑制了电子加热和等离子体的内爆过程,而且脉冲强度越强,抑制效应越显著,等离子体块的空间整体性和定向性越好。而且在圆偏振激光脉冲卸载之后,被加速的等离子体块以恒定的速度向靶内运动,传输过程中受到的电磁阻尼作用和空间电荷效应的影响大幅减弱。这一结果从数值模拟的角度为Hora等人提出的基于高能等离子体块的激光聚变“块点火”方案的优势给出有力证明。