随着超强涡旋激光技术的发展,带有角动量的超强涡旋激光与等离子体相互作用逐渐受到广泛关注,相对论涡旋激光与等离子体相互作用涵盖许多应用领域,例如激光驱动粒子加速、新型辐射光源和激光驱动快点火等诸多应用,研究相对论涡旋激光与等离子体相互作用对于上述研究内容具有重要意义。本论文采用理论解析和数值模拟方法相结合的方式,围绕着超强涡旋激光在等离子体中的传输特性、相对论激光在低密度等离子体中角动量的演化和转移特性以及等离子体通道中超强涡旋激光加速电子机制等进行了探讨,本论文工作对超强涡旋激光在等离子体中的传输机制和电子加速机制以及角动量转移机制具有重要意义。论文主要分为四部分:第二章总结了涡旋激光发展和研究现状,介绍涡旋激光的特点、非相对论涡旋激光的产生方式和相对论涡旋激光的获取方法,最后总结了超强涡旋激光与等离子体相互作用的特点,并且提出对超强涡旋激光与等离子体相互作用中未解决问题的想法。第三章研究了相对论涡旋激光在低密度等离子体中的成丝特征,基于考虑电子相对论效应和有质动力效益的的非线性薛定谔方程,我们发现带有角动量的涡旋激光比没带有角动量的普通高斯激光的传输行为更稳定,涡旋激光角向调制不稳定性的增长率随着涡旋激光的拓扑荷增加而减小。因此相比与普通的高斯光束,涡旋光束随着拓扑荷的增加会经历更长稳定的自聚焦过程。此外在激光成丝阶段,涡旋光束也表现出更为稳定的行为,其光丝稳定分布在激光环上,而且激光成丝数目是可以预测的。由于在传输过程中,涡旋激光要保持角动量守恒,激光成丝数目对初始激光噪声并不敏感。与随机分布的高斯激光成丝过程相比较,涡旋激光成丝过程是可控稳定的过程。第四章研究了等离子体中角动量的演化关系。理论上,我们基于电子的运动方程推导出电子角动量与激光和等离子体参数的关系。同时我们基于考虑等离子体自生磁场作用的单粒子模型和三维PIC数值模拟研究发现激光通过直接加速的方式将自身自旋角动量转移到被加速的电子中,同时发现在固定自相似参数的情况下,被加速电子获得角动量与电子的加速时间成正比,与激光光强平方成正比。最后我们研究了激光角动量转移到等离子体中的耗散机制来自于激光的自生场的影响并且粒子模拟验证我们给出的结论。第五章研究了拉盖尔高斯激光高斯激光在低密度等离子体中的组合加速电子的过程,基于三维数值模拟方法,我们模拟了拉盖尔高斯激光与低密度等离子体相互作用的物理过程,电子即可以被纵向电荷分离场加速又可以被激光电场加速,在加速过程中,拉盖尔高斯激光能够有效地将角动量转移到电子中同时调制电子空间结构。之后我们基于电子的运动方程建立了物理模型对于拉盖尔高斯激光的加速机制给出了解释,哈密顿系统固定点的数目决定加速电子的相位数目,而固定点的数目与拉盖尔高斯激光激光拓扑荷有关,因为可以通过改变拉盖尔高斯激光的拓扑荷来调控电子束的空间结构。