超短超强脉冲激光技术近年来得到了迅速发展,目前超短超强激光的峰值功率已达到数十拍瓦、峰值光强已超过1 × 1022 W/cm2。强激光与物质相互作用包含了丰富的非线性物理过程,可以产生太赫兹至伽马射线波段的电磁辐射源和粒子源,其峰值亮度可以接近或超过传统加速器、同步辐射和自由电子激光等大型科学装置的输出参数,脉冲宽度可以短至皮秒、飞秒甚至阿秒时间尺度;在强辐射源装置小型化方面具有极大的发展潜力,在基础科学研究、工业应用、医疗和国防领域得到越来越多的关注。本论文关注飞秒强激光驱动平面靶、丝靶产生的电子源、太赫兹辐射和伽马辐射源。在平面靶前预等离子体对辐射源影响方面,对太赫兹波产生与激光吸收机制的关联性进行了研究,模拟研究了预等离子体对超相对论激光驱动产生的伽马辐射的影响规律;电子源方面,实验演示了一种金属丝导引的双端发射的电子束新技术;太赫兹辐射源方面,针对传统技术中太赫兹波发散角太大的问题,提出并实验演示了金属丝波导产生准直的、双端发射的太赫兹波新方案。主要的研究成果有:借助PIC模拟研究了飞秒脉冲激光辐照锐边界平面固体靶产生的太赫兹辐射与快电子、高次谐波的关联性;发现密度标长增加时出射电子和太赫兹辐射先增加后减小、高次谐波一直减弱的物理现象;通过分析电子出射、太赫兹辐射、高次谐波频谱和激光吸收率,明确了太赫兹波是快电子通过相干渡越辐射过程产生,揭示了这种变化规律是由激光能量吸收机制从真空加热到随机加热的转换导致。利用带有QED模块的PIC程序研究了预等离子体对超相对论激光垂直入射固体靶产生伽马辐射的影响。通过分析电子能量和角分布、伽马光子空间和角分布的物理特征,发现存在预等离子体时多种辐射机制共同发挥作用,最优密度标长时在预等离子体中堆积形成的等离子体镜在电子加速和激光反射之间形成平衡、产生了最高的辐射转换效率。首次实验发现超短脉冲激光辐照金属丝可以产生沿丝导引的双端电子发射,有望改进超快电子衍射技术。利用搭建的多入射角度实验系统,开展了激光辐照金属丝产生沿丝导引电子发射的实验研究;首次发现电子束沿着丝向两端导引、准直发射的现象,导引电子呈现圆环状分布、能量内圈高外圈低,在激光非垂直入射时激光反射方向导引电子准直度变差、会出现阴影和散斑;借助粒子模拟和数值计算,发现双端发射的导引电子是由金属丝表面的瞬态电磁场约束产生。首次提出并实验演示了基于金属丝波导产生双端太赫兹辐射的新方法、明确了太赫兹波的产生机制,有望显著促进激光驱动的强太赫兹源的便捷化应用。实验发现超短脉冲激光辐照金属丝波导可以产生对称的、双端出射的太赫兹波,其对称性不随激光入射角变化,太赫兹波中心频率约0.2 THz、不依赖于金属丝波导的丝径;通过双端导引电子与太赫兹波在不同激光入射角时的变化规律以及有意破坏导引电子等方法,排除了导引电子产生太赫兹波的可能性;通过分析靶尺寸衍射抑制效应,也排除了渡越辐射机制产生太赫兹波的可能性;最后利用CST三维电磁模拟,发现从金属丝表面发射的电子束团的动态库伦场和金属丝之间的相干衍射辐射过程产生了太赫兹波、并以表面波的形式沿着金属丝波导向两端传播。