Die dielektrische Laserbeschleunigung (engl. Dielectric Laser Acceleration, DLA) ist ein im Entstehen begriffenes Verfahren der Elektronenbeschleunigung, das aufgrund seiner hohen Beschleunigungsgradienten besonders vielversprechend ist. Diese Gradienten sind zwar geringer als bei plasmabasierten Verfahren, aber die höchsten in strukturbasierten Verfahren, die durch die Durchbruchfeldstärke der Materialien begrenzt sind. DLAs können auf Mikrochips implementiert werden, indem die in der Halbleiterindustrie verfügbare Nanotechnologie genutzt wird. In dieser Arbeit wird die Elektronenstrahldynamik in DLAs systematisch entwickelt, mit dem Ziel, die bereits experimentell nachgewiesenen Rekordgradienten in einen großen Energiegewinn umzuwandeln. Mit anderen Worten, das Ziel ist es, die Länge der Beschleunigungskanäle zu vergrößern und gleichzeitig einen vollständigen 6D-Einschluss (3 Koordinaten und 3 Impulsrichungen) des Elektronenstrahls zu gewährleisten. Dies ist eine besondere Herausforderung, da DLAs auf optischen Nahfeldern basieren und die transversale Größe des Kanals deshalb winzig sein muss, bis hinunter zu einem Zehntel der Laserwellenlänge bei subrelativistischen Elektronenenergien. Um den Elektronenstrahl in diesem nanophotonischen Kanal zu halten, sind enorme Fokussierungskräfte erforderlich. Herkömmliche Techniken, die in der Regel Solenoidoder Quadrupolmagnete verwenden, sind zu schwach, da ihre Apertur nicht in demselben Verhältnis verkleinert werden kann wie die DLA-Zellen verglichen mit konventionellen Radiofrequenz (RF) Beschleunigungskavitäten. Die Lösung für dieses Problem wird in dieser Arbeit vorgestellt. Sie lehnt sich an das Alternating Phase Focusing (APF)- Verfahren an, das in den 1950er Jahren für Schwerionenbeschleuniger entwickelt wurde. In der APF-Technik werden die Laserfelder selbst zur Fokussierung des Elektronenstrahls verwendet, sodass auf externe Fokussierelemente völlig verzichtet werden kann. Während nur ein kleiner Teil des großen verfügbaren Beschleunigungsgradienten geopfert wird, wird der volle 6D-Einschluss in längenskalierbaren Strukturen erreicht; daher können im Prinzip beliebig hohe Energien erzielt werden, sofern die erforderlichen Laserparameter verfügbar sind. Diese Arbeit besteht aus zwei Teilen: Erstens, ein theoretischer Teil, in dem die DLAStrukturen sowie ein semi-analytischer, numerisch hocheffizienter Simulationsansatz namens DLAtrack6D, vorgestellt werden. Aus diesem Ansatz wird die Hamiltonfunktion und die gesamte Dynamik in DLAs abgeleitet. Dies führt zu einem Rezept für den Entwurf skalierbarer APF-DLA-Strukturen, die sich besonders für die Herstellung auf Silicon-On-Insulator (SOI)-Wafern eignen, welche in der kommerziellen Nanophotonik sehr verbreitet sind. Es werden auch konventionellere Strukturen auf der Basis reinen Siliziums diskutiert. Diese neuarigen Beschleuniger-Bauelemente werden im zweiten Teil dieser Arbeit auch experimentell untersucht, wobei Simulationen und experimentelle Ergebnisse abgeglichen werden. Die Anforderungen und experimentellen Ergebnisse von Injektoren mit ultraniedriger Emittanz, die für subrelativistische DLAs erforderlich sind, werden behandelt. Während aktuelle Niederenergie-DLAs vor allem auf ultraschnelle (Attosekunden!) Dynamik abzielen, nutzen Hochenergie-DLAs hauptsächlich den verfügbaren hohen Beschleunigungsgradienten aus, um hochenergetische Elektronen in kleinen Anlagen bereitzustellen. Es wird erörtert, wie ein solcher Hochenergiebeschleuniger aufgebaut werden kann und wie ein DLA-Chip als vielseitiges Werkzeug in großen konventionellen Beschleunigeranlagen zum Einsatz kommen kann. Zu diesem Zweck wird auch die Begrenzung des Strahlstroms untersucht, die durch die Kielfelder der sehr nahen Strukturen verursacht wird. Unser vereinfachtes Tracking-Modell DLAtrack6D wird durch ein Kielfeld-Modul ergänzt, um kollektive Effekte und kohärente Strahlinstabilitäten zu untersuchen. Darüber hinaus können die Kielfelder von DLAs auch vorteilhaft zur Verformung des longitudinalen Phasenraums in konventionellen Hochenergie- Beschleunigeranlagen genutzt werden. Anwendungsziele für DLA sind ultraschnelle Elektronenmikroskopie und -beugung (UEM/UED) bei erhöhter Energie. Auf einem längeren Zeithorizont können die hohen Beschleunigungsgradienten für einen Hochenergie- Elektron-Positron-Collider in der Elementarteilchenphysik genutzt werden. Hochenergetische ultrakurze Elektronenpulse können auch in der Strahlungserzeugung, z. B. in DLA basierten Mikrochip- Undulatoren eingesetzt werden. Ein weiteres denkbares Ziel wäre es, Elektronen aus einem kontinuierlich betriebenen DLA-Injektor in einem Speicherring zu akkumulieren. Alle diese Anwendungen erfordern in der Länge skalierbare DLAs mit einer stabilen 6D-Elektronenstrahldynamik.