啁啾脉冲放大技术的出现极大地促进了激光技术的发展,随着超强超短激光的实现,基于激光等离子体相互作用的新型粒子加速器成为重要的研究课题。激光加速的质子束具有很多良好的性能特点而被应用在医学治疗、粒子照相、惯性约束聚变等众多的研究领域,拓展了物理学领域的研究范畴。在这种背景下,不断深入的实际应用研究也对激光加速质子束的性能如能量、发散度以及相互作用过程中激光的能量转换效率都提出了更为严格、具体的要求。如何提高激光质子加速过程中质子的能量特性以及激光的能量转换效率、改善质子束的空间发散特性成为目前该课题研究所面临的几个重要问题。本文采用二维PIC模拟的方法对这些问题进行了研究,针对质子束的性能改善给出了几种不同的方案,并对其可行性进行了模拟验证。文中首先介绍了激光等离子体相互作用的研究背景及研究领域,之后对激光粒子加速方面的基本理论进行了详细的阐述,在第三章中对等离子体粒子模拟方法进行了介绍,了解了区别于实验和理论研究的这种方法的基本原理。在此基础上,我们研究了两种不同的用于改善质子束性能特点的方案。第一种是针对质子束的空间发散特性。研究表明,TNSA机制产生的质子束在被鞘场纵向加速的同时,在超热电子云的横向热压力驱动下会在空间上横向发散,导致很大的空间发散角。本文提出使用通道直径与激光焦斑尺寸和质子源尺寸相当的通道型结构靶来约束质子束的空间发散,利用超热电子在通道内壁上产生的横向准静态电场聚焦通道底部出射的质子束。模拟结果表明,与传统平面靶相比,通道靶可以在不过多损失能量的情况下产生具有更好准直性的质子束。第二种旨在提高质子的截止能量及激光的能量转换效率。在激光与固体靶相互作用过程中,激光通过将能量耦合给电子在靶后形成静电分离场间接加速质子,超热电子的温度以及在靶后分布的密度都直接影响质子束的能量。本文提出一种新型锥孔靶结构,入射激光被锥结构聚焦后,进入顶端处的中心孔内继续与固体靶相互作用,增大激光与固体靶的相互作用面积,有利于激光能量的吸收。模拟结果表明,与平面靶相比,锥孔靶中的质子截止能量以及激光能量转换效率都有很显著的提高。此外,我们还对锥孔靶结构参数的影响以及质子能量对激光强度的依赖性进行了研究,发现激光强度与质子束截止能量满足一定的比例关系,当激光强度增大至一定程度时可以获得100MeV以上的高能质子束。