超快超強(qiáng)激光是指同時(shí)具有超快時(shí)域特性和超高峰值功率特性的特殊光場(chǎng)，為人類在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造出了前所未有的超快時(shí)間、超高強(qiáng)場(chǎng)、超高溫度和超高壓力等極端物理?xiàng)l件，極大地促進(jìn)了物理、化學(xué)、生物、材料、醫(yī)學(xué)以及交叉學(xué)科等前沿科學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步。可以認(rèn)為，超快超強(qiáng)激光是用于拓展人類認(rèn)知的前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究最重要的工具之一，在某些方面甚至是獨(dú)一無(wú)二、不可替代的研究手段。

超快超強(qiáng)激光技術(shù)在推動(dòng)前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究持續(xù)拓展的同時(shí)，又面臨著前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究因自身深化探索而新增的能力支撐需求，這為激光技術(shù)體系發(fā)展賦予了強(qiáng)勁的牽引力。

（一）超快激光及其科學(xué)應(yīng)用

這一方向的未來(lái)發(fā)展需求可細(xì)分為阿秒激光乃至仄秒激光、極紫外 – 太赫茲全波段多維度參量精密可控的飛秒超快激光。

阿秒激光乃至仄秒激光追求采用更短脈沖寬度的超快激光來(lái)研究物質(zhì)內(nèi)部更快的超快過(guò)程，需要發(fā)展更高脈沖能量、更短脈沖寬度、更高光子能量的高性能阿秒（10–18 s）激光。將阿秒脈沖的光子能量推進(jìn)到硬 X 射線波段和伽馬射線波段，將脈沖寬度推進(jìn)到仄秒（10–21 s）的時(shí)間尺度，從而將人類能夠探索的物質(zhì)層次從原子 / 分子水平推進(jìn)到原子核尺度 。

飛秒時(shí)間尺度對(duì)應(yīng)著原子 / 分子、材料、生物蛋白、化學(xué)反應(yīng)等豐富物質(zhì)體系的超快過(guò)程，有著廣泛而重要的應(yīng)用。隨著研究的進(jìn)一步拓展與深入，需要探索更加豐富和復(fù)雜的超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程，以致控制這些超快過(guò)程。為了對(duì)超快激光更多維度的參量特性進(jìn)行調(diào)制和利用，不僅需要將飛秒激光的光譜拓展到紅外 – 太赫茲波段、真空紫外 – 極紫外波段，還需要發(fā)展包括時(shí)域、振幅、相位、光譜、偏振、空間模式等多維度參量在內(nèi)的精密調(diào)控飛秒超快激光，以極紫外 – 太赫茲全波段多維度參量精密可控的飛秒超快激光為代表。

（二）超強(qiáng)激光及其科學(xué)應(yīng)用

根據(jù)定位和應(yīng)用目標(biāo)的差異，這一方向可分為低重復(fù)頻率超高峰值功率超強(qiáng)激光、高重復(fù)頻率高平均功率超強(qiáng)激光。其中，低重復(fù)頻率是指激光脈沖重復(fù)頻率在 10 Hz 及以下，高重復(fù)頻率是指激光脈沖重復(fù)頻率在 1 kHz 及以上。

唯有利用超強(qiáng)激光，人類方可在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生宇宙星體內(nèi)部和原子核內(nèi)部才有的極端物理?xiàng)l件。利用低重復(fù)頻率超高峰值功率超強(qiáng)激光，可在實(shí)驗(yàn)室中研究激光粒子加速、光核物理、伽馬光 – 光對(duì)撞等微觀尺度的前沿物理問(wèn)題，也可在宏觀尺度上研究超新星爆發(fā)、太陽(yáng)耀斑、黑洞吸積盤噴流等天體物理現(xiàn)象，還可研究引力波、暗物質(zhì)、真空物理等拓展人類未知的前沿基礎(chǔ)科學(xué)。針對(duì)國(guó)家重大理論與實(shí)驗(yàn)研究的需求，如激光粒子加速器、核嬗變等核物理、高能物理、激光聚變能源新途徑、激光核醫(yī)學(xué)等，低重復(fù)頻率超高峰值功率超強(qiáng)激光提供了重要的科學(xué)研究工具。

在與國(guó)家戰(zhàn)略需求相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，如空天安全、空天環(huán)境物理等方面，高平均功率的超強(qiáng)激光是重要的驅(qū)動(dòng)工具，以能夠適應(yīng)空天特殊環(huán)境的高重復(fù)頻率超強(qiáng)激光為典型。高重復(fù)頻率高平均功率的超強(qiáng)激光產(chǎn)生超強(qiáng)質(zhì)子束、電子束、中子束、X 射線、伽馬射線，以致超強(qiáng)太赫茲脈沖等次級(jí)超強(qiáng)光源作為新型工具，可以拓展到光核反應(yīng)、激光推進(jìn)、核聚變能源和核廢料處理、疾病治療等更為前沿的重大基礎(chǔ)科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用中。