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随着强激光技术的飞速发展，利用激光的超强电磁场来加速带电粒子（主要是电子）的研究受到了人们的普遍关注。所在课题组提出了一种新型的真空激光加速电子的机制——俘获加速机制（CAS：Capture and Acceleration Scenario），发现对于初始仅为几MeV能量的电子可以在真空通过与聚焦的强激光束相互作用，一次性获得百MeV甚至GeV量级的能量增益，而无需对光场进行任何约束。本论文在此基础之上，针对真空中激光加速电子的几个重要的前沿性问题做了深入地研究，不仅进一步完善了对CAS机制的理论研究，而且为下一步的实验工作提供可行性方案与参数选择的判断依据。以前有关CAS的研究局限于线极化激光场。本论文通过系统的模拟计算分析，证实了聚焦圆极化场中也可以实现CAS加速，并且通过对两类极化场的基本特征与电子动力学的对比分析，发现了圆极化场中的加速通道具有更为广阔的入射相空间，从而对于相同的入射电子束团，圆极化场可使更多的电子获得加速。圆极化场的这一特征主要表现在：其纵场振幅或加速通道呈柱对称分布；电子的最大出射能量对入射极化方位角的变化不敏感；最大出射能量随碰撞参数的变化趋势更为缓慢；在相空间pi-θi中分布着更多的高能输出电子；关于激光初始相位φ0的CAS平台相对更平滑等。上述特性直接导致对于实际的具有一定初始横向发射度及能量散度的束团加速，在圆极化场中可能获得更多的CAS出射电子，而且具有较低的能量散度。通过理论分析和模拟研究，本文还首次指出了圆极化场加速的另一个特点：被加速电子的“能量饱和”现象，即当激光场强度很高时（通常α0＞20比较明显），随着光场强度的增大，电子最大出射能量的增长逐渐趋于缓慢，呈饱和现象。而之前的研究表明，线极化场中的电子相应能量随激光强度基本呈线性增长趋势。其物理根源在于圆极化场中的一项纵向磁场力对总和的纵向加速力的削弱作用，文中对此做出了详尽的解释。该现象严重限制了在激光场强度较大时，圆极化场在GAS加速研究中的应用。本文进而推荐了在圆极化场中实现CAS加速的合理的激光强度范围。上述两项研究结果为在下一步的CAS实验研究中如何选择极化场提供了理论依据。线极化激光场存在两个加速通道，以前的研究局限于利用与电子入射同侧的加速通道。源于实验条件的要求，本文首次探讨了应用另侧加速通道实现CAS加速的条件和特点。通过理论计算与模拟分析，发现具有较高入射动量的电子可以横向穿越激光束轴而进入到另侧的加速通道中进行CAS加速；此种俘获加速过程具有较大的CAS电子注入动量窗口；而且由于最大出射能量对入射动量不甚敏感，因此在一定程度上可能会有助于降低输出电子束团的能量散度。这项研究不仅是CAS理论的延伸与扩展，而且有实际的应用价值。我们是根据合作单位美国BNL-ATF（Accelerator Test Facilities）的实验条件开展此项研究的。它为在该实验室中开展CAS的验证性实验提供了一种合理而有益的实现方案及参考数据。CAS加速方案的基本原理是将快电子注入光束的低相速度区以对电子实现准同步加速。我们还探讨了另一种不通过加速通道对快电子直接加速的方案。其基本物理思想是由于快电子在光场中的相对相滑移较慢，部分入射电子当处于光场的加速相区时，正值在光束的强场区；而当它们滑相至减速相时，己离开了强场区而进入强度相对较弱的场区，从而获得一定的净能量增益。通过模拟研究证实了上述直接加速过程确实存在。由于直接加速现象在激光与电子团相互作用过程中普遍存在，因而可看作CAS加速现象的一种补充。两种加速方案共同说明了所谓的Lawson-Woodward定理适用的局限性。