超强激光脉冲技术的迅猛发展,极大的促进了人类对于激光等离子体物理的研究。本文围绕超强激光与低密度等离子体相互作用中的一些重要问题—超强激光在低密度等离子体中的传播和尾波场加速中电子注入与捕获进行了二维粒子模拟研究。本文的研究工作是借助于2D3V粒子模拟程序PLASIM来开展的。首先根据课题研究的需要,从Berenger完全匹配层吸收边界的基本思想出发,导出了高斯制电磁场方程所对应的完全匹配层控制方程及所对应的参数设置方法,并编制了相应的吸收边界模块加入到PLASIM中,实现了较好的吸收效果。本文的一个重要研究工作是对“快点火”方案中超强激光在冕区低密度等离子体中开辟通道及点火脉冲在预制等离子体通道中的传输进行了分区模拟。模拟结果表明:超强激光能够在较低密度等离子体中形成准直的抛物形密度分布的通道,但在近临界密度处,等离子体中通道很快出现偏折。与线偏振激光相比,圆偏振激光所开辟的通道更有利于后续点火脉冲的传播。在等离子体通道形成后,激光能够沿着等离子体通道传播而不发生偏折。与此同时,基于PML吸收边界的实现,我们在较小的窗口内对激光预脉冲与稀薄等离子体长时间相互作用过程进行了模拟研究,模拟结果表明:激光强度以及作用时间是影响等离子体密度改变的重要因素,超强激光( I0> 1019W/cm~2)的高强度预脉冲有质动力长时间的累积效应会在稀薄等离子体中引起较大的密度变化。本文的另一个工作是针对激光尾波场加速提出了通过预置薄膜靶来增强电子捕获的方案并进行了模拟研究。模拟结果表明:预置薄膜靶能够显著增强电子捕获并有助于形成孤立子空泡尾场结构,通过优化靶参数,捕获电子的数目可以增加到普通尾场加速的5倍以上。已有的研究表明,空泡加速是获取准单能电子束的重要机制之一。初步分析认为:激光在击穿薄膜靶的过程中产生的大量具有定向速度的高能电子是引起捕获增强的主要原因。