强场激光物理是过去二十多年以来随着超短超强激光技术的发展而快速崛起的前沿学科。尤其是啁啾脉冲放大技术（CPA）的出现使得激光的聚焦功率强度从最初的10¹55 W/cm²提升至10²22 W/cm²,脉冲宽度也压缩至飞秒（fs）量级。当强度超过10¹88 W/cm²的激光与等离子体相互作用时,电子可瞬间获得超高能量而进入相对论范畴,从而出现强非线性物理现象,诸如激光相对论自聚焦、激光尾波场加速及高次谐波产生等。近来,随着以ELI、神光等下一代大型拍瓦（PW）激光装置的逐步建成,激光强度有望突破10²³-10²44 W/cm²,此时,电子将被加速到极端相对论状态,辐射反作用将显著的影响电子动力学行为,这会将现有研究内容拓展到强场QED领域。在这种强场条件下,能够激发产生电子、μ子、π介子及其对应的反粒子,从而能够揭示量子真空的结构。此外,新型超短、高亮伽马辐射源及稠密正负电子对等离子体的研究能够进一步推动核量子光学的发展,甚至有可能发现一些超出标准模型的新粒子。这一系列的可能为人们研究极端状况下激光与等离子体相互作用带来了新的机遇与挑战。近年来,众多研究机构和人员纷纷涉足这一领域,并作出了很多有益的探索。本文针对目前强场条件下超短超强激光与等离子体相互作用研究中的一些问题,开展了以高亮度γ射线和稠密的正负电子对产生为主的相关研究工作:一、我们提出了一种产生高亮γ射线及稠密正负电子对等离子体的全光学方案,通过两束强度为10²33 W/cm²的椭圆极化激光辐照类金刚石薄膜靶,在激光辐射压的作用下,激光聚焦区域中的靶电子被迅速加速到极端相对论能量（GeV量级）,形成高速运动的相对论电子层。随后,由于在靶对撞前发生相对论诱导透明效应,使得激光得以穿透薄膜靶并与对侧高能的相对论电子层碰撞,从而可以有效地产生非线性康普顿散射,并产生强烈的伽马辐射。我们的模拟结果给出,γ光子的辐射亮度达到10²⁵photons/s/mm²/mrad²/0.1%BW,辐射强度达5×10²³W/cm²。通过随后高能伽马光子在强光场中湮灭,获得了最大密度为2.5×10²²cm-³,产额为1.6×10¹⁰的GeV正电子源。如此稠密的正负电子对等离子体足以引起等离子体集体效应,从而为下一步拍瓦级激光装置开展相关实验室天体物理研究提供了参考和帮助。二、考虑到在前一个方案中存在辐射源方向性差,正电子源不便引出等局限性,我们随后提出了一种能够获得较好束流特性的新方案。通过强度为10²33 W/cm²的线极化激光驱动微结构丝靶产生高能阿秒电子串,并通过有质动力将电子加速到极高的能量。这部分阿秒电子束与对侧入射的探测激光发生强烈的非线性Compton散射,并得到峰值亮度为1.8×10²⁴photons/s/mm²/mrad²/0.1%BW的γ辐射脉冲。随后高能光子脉冲在强激光场中激发多光子Breit-Wheeler过程产生高能量密度的阿秒正电子串,模拟结果给出正电子产额为1×10⁹,最大能量密度接近10¹⁷J/m³量级。这样一些具有良好束流特性的高亮的超短γ射线及阿秒正电子串流在研究强场超快物理、实验室天体物理及一些应用科学等方面都具有潜在价值。