随着激光技术的不断发展，利用激光加速带电粒子(主要是电子)已成为光与物质相互作用这一学科的一个热点问题。本课题组在以前的研究中，提出了一种新型的激光加速电子机制——俘获加速机制(CAS：Capture and Acceleration Scenario)。发现初始只有几个MeV能量的电子能在真空聚焦的光场中一次性获得数百MeV甚至是GeV的能量，而不需要在强光场区设置任何光学元件或材料用以约束光场。以往我们的研究主要是针对长脉冲激光场甚至是稳态的激光束，而目前能达到CAS机制要求的激光都是聚焦尺度为微米量级脉冲宽度为飞秒量级的超短紧聚焦的脉冲激光。为了能够准确研究在超短紧聚焦脉冲激光场中的CAS现象，本论文主要研究了以下两个问题并取得了新的进展：一是超短紧聚焦脉冲激光场的精确描述问题，二是研究在超短紧聚焦脉冲激光场中的电子俘获加速现象。 为了能够更准确的描述超短紧聚焦的激光场，我们同时考虑空间(激光的聚焦程度)和时间(激光脉冲长短)两个方面的修正。首先通过空间修正小量s=1/kw0逐级逼近求解Helmholtz方程，同时利用时间修正小量ε=1/(ω0t0)在傅立叶积分中泰勒展开，通过这两个途径的修正不断逼近我们所要求的电磁场的精确解，其中s和ε分别表示激光场的聚焦程度和脉冲长短。本论文针对高斯脉冲型的激光场，首次给出了空间对于小量s的7阶修正，并且时间对于小量ε的2阶修正的超短紧聚焦脉冲的表达式。 基于所获得的超短紧聚焦脉冲激光场的高阶修正表达式，利用三维数值模拟求解相对论Lorentz-Newton方程，研究了电子在超短紧聚焦脉冲激光场中的加速特性，主要物理结果如下。 1.我们发现在超短紧聚焦的脉冲激光场中，电子俘获加速(CAS)机制仍然存在。即使在接近一个光学周期的脉冲激光场中，加速电子所体现的基本特征(位相变化，轨迹变化，能量变化)和在长脉冲激光场中CAS所表现的是一样的，没有物理本质变化，只是在定量上有所差别。 2.通过对CAS现象的研究，我们还发现超短紧聚焦脉冲的时间修正和空间修正是相互关联的，并在所得到的时空高阶修正解析表达也能体现这种相互关联关系，并且我们进一步在物理上也给出了定性的解释。 3.我们进一步研究了脉冲长短对CAS激光阈值的影响。由于CAS机制本身的轨道特点和入射条件，我们发现无论是在大腰宽或者是窄腰宽聚焦的激光场中，在电子最佳的初始入射角度下，脉冲长短对激光阈值没有很大的影响。 4.我们进一步研究发现，由于脉冲的长短、激光腰宽的变化，都将会影响激光衍射场的分布，尤其对超短紧聚焦的脉冲激光场，这将导致电子的最佳初始入射角度(θi)随激光场的腰宽大小和脉冲长短有所变化。 本论文不仅给出了超短紧聚焦脉冲激光场的高阶近似数学表达式，而且还研究了在超短紧聚焦脉冲场中的电子俘获加速现象。这不仅是对CAS机制基础理论的重要补充，也将会对电子俘获加速的实验研究具有指导意义。