激光驱动的等离子体尾波场能够维持数百GV/m的加速梯度,这为设计紧凑型加速器以及辐射源提供了全新的方案,因此激光尾场加速（LWFA）受到了越来越广泛的研究关注,然而现阶段LWFA仍然存在着诸多问题有待进一步研究解决。一方面,除了进一步提高电子束的能量以外,控制LWFA所产生的电子束品质,譬如提高电荷量并降低能散和发散度等,将是LWFA获得广泛应用的重要前提。在LWFA中,实现可控的尾波场电子注入过程是提高电子束品质的关键。另一方面,除了超强的加速梯度以外,与传统加速器相比LWFA还具有另一个显著的优势,即它能够产生数飞秒的超短脉冲电子束。在超短脉冲电子束广泛应用前景的驱动下,飞秒以及阿秒脉冲电子束的产生近年来吸引了人们广泛的兴趣。然而目前利用LWFA产生阿秒或亚飞秒脉冲电子束仍然面临着很大的挑战,因为这要求高度局域的尾波场电子注入。鉴于以上两方面的原因,本论文针对LWFA中的电子注入过程展开了深入研究,提出了利用外加磁场、等离子体密度梯度、径向偏振激光等手段综合调控激光尾波场结构以及电子注入过程的一系列方案;这些方案可用于产生高品质电子束或超短阿秒电子束。本论文主要研究内容可分为以下三个部分:第一部分工作中,我们提出了磁场控制的离化注入方案,利用此方案能够同时在时间和空间上控制电子的注入过程。理论分析和数值模拟证实该方案特别适合产生高电荷量、低能散的电子束。与自注入相比,离化注入所需要的激光强度和等离子体密度更低。然而,为了降低离化注入中的电子束能散,注入需要被限制在较短的距离内,这通常也将导致注入电量的减少。在这里,我们研究发现当在离化注入方案中额外施加一个横向静磁场时,会导致非线性的离化注入过程,一方面离化注入被推迟发生,另一方面峰值注入速率得到明显提升。因此,这样的非线性离化注入过程可保证电子束能散降低的同时电荷量还得到了增加。此外,非线性的注入过程能够形成梯形电荷密度分布的电子束,这种电子束自身可提供正面的负载效应,通过电子束在相空间的恰当旋转进一步降低能散。特别是当恰当地提高外加磁场后,所产生的梯形密度分布的电子束可具有更高的电量,因而能够调制出相对更均匀的加速电场,这样的均匀加速场可以保证电子束峰值能量不断增加的同时其相对能散也一起降低。这意味着,电荷密度呈梯形分布的电子束其自身可提供正面的负载效应。综上,在非线性注入与优化的电子束形状共同作用下,在离化注入的LWFA中实现了降低电子束能散的同时还提高了峰值能量以及电荷量。需要指出的是,此方案中所需要的磁场强度仅数十特斯拉,这可以利用传统的紧凑螺线管或超导磁铁产生。第二部分工作中,我们提出了通过对等离子体空泡三维结构进行调控从而控制电子注入的方案,该方案将纵向静磁场与等离子体密度下降沿注入相结合,可实现高度局域的电子注入用于产生亚飞秒超短电子束。我们研究发现施加一外加纵向静磁场后密度下降沿的电子注入过程可得到更灵活的控制。一方面,激光尾波在密度下降沿传播时其相速度会变慢,从而可引发电子注入发生;另一方面,纵向外加磁场会导致等离子体空泡底部形成密度开孔,且在密度下降沿上开孔半径将随着周围电子能量的增加而逐渐增大,这个过程会导致鞘层电子沿空泡底部附近运动的半径增加,从而抑制电子获得充分的加速,使得鞘层电子的峰值速度显著地降低,最终导致注入过程的快速停止实现高度局域的电子注入,因此可产生飞秒甚至亚飞秒的超短电子束。这种三维操控等离子体空泡的方案可在更易具备的等离子体密度梯度分布下实现,且需要的磁场强度仅约10T;所产生的飞秒、亚飞秒脉冲电子束具有高峰值电流、低能散和低发散度,因此具有广泛的应用前景。第三部分工作中,我们提出了利用径向偏振激光（RPL）产生阿秒脉冲电子束的方案。径向偏振激光与陡峭的高斯型近临界密度等离子体相互作用时,会形成一个形状和大小与激光包络相似的等离子体空泡结构。在等离子体密度梯度过渡区域会发生波破注入,产生的环形电子束可以被注入到激光脉冲的尾部并受到激光和尾波混合场的共同作用。随着等离子体空泡结构在陡峭的密度下降沿快速地演化,当环形电子束聚集到激光轴附近时,有相当一部分电子会受到很大的减速场作用而离开激光场作用区域。而当激光离开等离子体区域时,会有一小部分电子落在小于半个激光波长的加速相位而重新获得接近光速的速度,并且这部分电子会受到激光径向场的调制。最终,激光脉冲尾部的阿秒脉冲电子束将随着激光焦斑的快速发散而脱离激光场作用,形成稳定的、具有高峰值电流、低发散度的准单能高质量阿秒电子束。