众所周知，激光-等离子体相互作用过程可以用Maxwell方程组结合流体理论来研究，其中激光脉冲遵循波动的Maxwell方程组，等离子体则由流体力学描述。另一方面，根据光的粒子性，激光也可以看成由各种不同模式（具有不同能量和动量）的光子组成的有序光子系统，因此用粒子系统遵循的动理学理论来讨论也是合理的。本论文正是从光的粒子性入手，基于光子动理学理论，并结合单光子动力学研究了激光-等离子体相互作用过程中的一些现象，主要包括单光子在等离子体波中的动力学演化，光子系统对等离子体波的集体效应，以及激光脉冲在等离子体波背景下的演化规律和能量交换等。理论上，激光脉冲在等离子体中的传播和演化性质可以通过对脉冲中所有光子行为作统计求和得到，其统计权重因子即为含时的光子数分布函数，由光子动理学方程决定。概括来讲，本论文的研究思路是在解决单光子动力学行为的基础上，利用动理学理论推广至整个激光脉冲，从而得到激光脉冲在等离子体中的演化特性。在激光-等离子体相互作用领域中，该理论方案与传统的Maxwell方程组-流体力学模型相区别，二者各具特点，且研究结果亦具有可比性。另外，越来越多的研究表明，在强场的激发下非线性QED真空极化效应会显现出来，并且在等离子体介质中将会与等离子体效应耦合，从而产生新的物理现象。本论文对这一问题也作了一些探索。我们以激光脉冲在等离子体波中的频移现象为研究对象，分析了由QED真空极化与等离子体效应的耦合而产生的新的脉冲频移，这个问题将采用传统的Maxwell方程组结合流体力学来讨论。概括来讲，本论文的研究内容分为三个部分：第一部分利用光子的Hamilton动力学理论研究了光子在等离子体波背景下的动力学演化行为，包括光子在相空间中的演化轨迹、光子被等离子体波捕获的可能性分析、光子加速效应以及激光脉冲对等离子体波的Landau阻尼现象等。论文分别对小振幅等离子体波和任意振幅等离子体波两种情况做了讨论，前者可以用微扰方法做近似描述，后者则在非微扰理论下通过求解光子的动力学方程组来研究。这部分内容将在第二章和第三章中详细讨论。第二部分基于光子动理学理论，建立了一个一维可解的光子动理学模型以简化描述激光脉冲与等离子体波的相互作用，该模型在一定程度上可以有效地反映激光脉冲在等离子体波背景下的演化规律。随后，将单光子的动力学演化性质加以推广，得到了激光脉冲在等离子体波中的演化特性。我们的模型是对光子动理学理论的应用和推广，并且所得结果与以往文献中利用Maxwell方程组-流体力学模型的分析结果基本吻合。该部分内容为本论文的第四章。第三部分研究了由强激光诱导的QED真空极化效应与等离子体过程的耦合作用，以及由此诱导出的新的物理现象。文中讨论了激光脉冲在等离子体波中的频移效应，理论上得到了由真空极化效应和等离子体效应相耦合而产生的新的脉冲频移，可以理解为等离子体对QED真空极化的增强作用。这部分内容将在第五章中讨论。本论文主要的创新性研究结果归纳如下：1.基于Hamilton动力学理论，研究了光子在任意振幅的等离子体波背景下的动力学演化。通过求解光子动力学方程组，讨论了光子在等离子体波中的频移效应以及在相空间中的演化轨迹。研究结果表明不同模式的光子在相空间中可能产生不同类型的演化轨迹，其反映了光子被等离子体波捕获的情况，针对光子被等离子体波捕获的可能性和条件文中作了深入的分析和说明。另外，对于光子在坐标空间中的运动方程也作了详细地讨论。2.研究了光子系统对等离子体波的一种集体效应——光子Landau阻尼现象。首次利用能量守恒原理分析了光子系统对等离子体波的Landau阻尼，并在此基础上加以推广，首次提出并且理论推导了激光脉冲对等离子体波的Landau阻尼效应，这是激光脉冲与等离子体波之间一种新的能量交换机制。研究结果表明，在一定情况下激光脉冲对被驱动等离子体波的Landau阻尼将达到不可忽略的程度，且结果通常表现为对等离子体波的逆阻尼效应（也即增长效应），该效应导致激光脉冲将能量传递给等离子体波从而引起波的不稳定性。此后，我们又从光子动理学理论出发再次深入研究了激光脉冲对等离子体波的Landau阻尼效应（线性近似下），这是与能量守恒方法完全不同的理论方案，并得到了一致的结果，再次印证了我们提出的激光脉冲对等离子体波的Landau阻尼是合理的。3.将激光脉冲看成由各种不同模式的光子组成的有序光子系统，其在等离子体波中的演化可以用光子数密度分布函数（即各种模式的光子在激光脉冲中所占的统计权重因子）描述。在此基础上，我们建立了一维可解的光子动理学模型以描述激光脉冲与等离子体波之间的相互作用。通过求解光子动理学方程首次从解析上近似得到了超短激光脉冲在等离子体波背景中的含时数密度分布函数，该分布函数反映了激光脉冲的传播和演化规律，是连接单光子动力学行为与整个激光脉冲的纽带。4.利用得到的激光脉冲的含时数密度分布函数，并结合单光子在等离子体波背景下的动力学演化性质，研究了脉冲在大振幅等离子体波中的传播和演化规律，包括激光脉冲在坐标空间（脉冲形状的压缩和拉伸以及脉冲劈裂）和频域空间（脉冲的整体频移）的演化，以及脉冲与等离子体波之间的能量交换。研究结论与传统的Maxwell方程组-流体力学模型的结果基本吻合。5.研究了由强激光诱导的QED真空极化效应与等离子体效应的耦合作用，这种耦合作用将使激光脉冲在等离子体波中产生新的物理现象，例如本论文中讨论的光子频移效应。这些新的物理现象必须在等离子体介质中才能实现，它实质上是等离子体对真空极化效应的增强作用。我们的研究结果表明，这种增强作用主要来源于两方面的贡献：真空极化对等离子体数密度的屏蔽效应，和激光脉冲对真空中虚粒子的有质动力作用以及受到的反作用。