【基金標(biāo)書】2011CB808100-極端強場超快科學(xué)重要前沿與應(yīng)用開拓

項目名稱： 極端強場超快科學(xué)重要前沿與應(yīng)用開拓 首席科學(xué)家： 李儒新 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所 起止年限： 托部門： 中國科學(xué)院 二、預(yù)期目標(biāo) 本項目的總體目標(biāo) ： 開拓極端強場超快科學(xué)重 要 前沿與應(yīng)用，選擇極端強場超快激光創(chuàng)新發(fā)展、極端強場超快激光與物質(zhì)相互作用的新效應(yīng)新物理、阿秒科學(xué)前沿開拓與強場量子相干控制、超強光場驅(qū)動的高性能高能粒子束的產(chǎn)生及其應(yīng)用開拓、以及基于強場超快激光的精密測量與精密光譜學(xué)等中的重大科學(xué)問題進行重點研究，取得具有重要國際 影響的 系統(tǒng)并重大的 原創(chuàng)性 研究成果，為 這一新興學(xué)科 領(lǐng)域的形成與發(fā)展作出中國學(xué)者的重要貢獻，在國際上占有重要一席之地并推動國家相關(guān)戰(zhàn)略高技術(shù)與交叉學(xué)科領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。 通過本項目的實施，要在隊伍建設(shè)和人才培養(yǎng)方面取得顯著業(yè)績。凝聚與組織我國在本領(lǐng)域中的人才隊伍，并全力培養(yǎng)優(yōu)秀年輕人才，形成創(chuàng)新能力強、結(jié)構(gòu)合理、團結(jié)協(xié)作、相對穩(wěn)定的研究隊伍。 通過本項目的實施， 也要 在我國建立具有自主創(chuàng)新特色和國際一流水平的極端強場超快科學(xué)研究基地，成為開展極端強場超快科學(xué)高水平研究的基地，開展高層次國際交流與合作研究的基地 、以及 吸引與培養(yǎng)優(yōu)秀人才的基地，進入國際上本領(lǐng)域的最前列。 五年預(yù)期目標(biāo) ： (1) 瞄準(zhǔn)極端強場超快科學(xué)前沿與應(yīng)用開拓需求，探索解決創(chuàng)建極端強光場(1023W/超高對比度 (109極端超快（近單周期）、可調(diào)諧與新波段（如 1-5m 中紅外新波段）、時空特性（如載波包絡(luò)相位）穩(wěn)定可控等全新極端強場超快物理條件中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題；進一步提升 瓦 , 1015W）級超強超短激光系統(tǒng)整體性能，解決應(yīng)用于科學(xué)實驗研究等中涉及的科學(xué)技術(shù)問題，建立具有自主創(chuàng)新特色和國際一流水平的極端強場超快科學(xué)實驗基地。 (2) 揭示強場甚至極端強場、超快乃至極端超快等全新強場超快極端物理條件下的光與物質(zhì)相互作用（重點如：極端強場驅(qū)動的強相對論性激光與物質(zhì)相互作用、周期量級乃至單周期的超快強場激光與物質(zhì)的極端非線性相互作用、中紅外新波段強場激光與物質(zhì)相互作用等）的新效應(yīng)新物理，建立并 發(fā)展 相關(guān)的新概念新理論。 (3) 實現(xiàn) “水窗 ”波段 和光子能量大于 1高亮度阿秒 相干 光源；實現(xiàn)亞飛秒時間尺度和原子級空間尺度內(nèi)實時觀測和控制電子動力學(xué)行為；多電子弛豫過程，電子重排，電子 示有重要意義的化學(xué) 反應(yīng)的電子動力學(xué)物理本質(zhì)。探索阿秒脈沖作用下電子動力學(xué)新規(guī)律及其應(yīng)用。 (4) 研究并解決超強光場驅(qū)動的高性能高能電子與離子束及其重要應(yīng)用涉及的基礎(chǔ)科學(xué)問題。獲得高性能 高能 電子束，并將超大電荷量、超短脈寬的高能電子束轉(zhuǎn)換為優(yōu)質(zhì)強 X 光源；利用 加速機制獲得 10級的高性能質(zhì)子束，探索產(chǎn)生能量 200上準(zhǔn)單能質(zhì)子束的加速 新機制 ，演示質(zhì)子束在成像、聚變、產(chǎn)生醫(yī)用同位素等方面的重要應(yīng)用。理論上探索 100至 量的質(zhì)子加速。開拓光核物理、強場 應(yīng)等新前沿新方向。 (5) 發(fā)展光場時 控制拓展到強場超快、超短波段、極端超快與高度非線性過程等范疇的新機制；基于強場超快精密控制，發(fā)展強場超快精密光譜學(xué)新概念與新原理以及超短波段精密測量的新方法與新技術(shù)，提高分辨率、精度和靈敏度法；開拓強場超快精密光譜學(xué)的新學(xué)科前沿，如超短波長與非線性光梳精密光譜學(xué)，并探索其重要應(yīng)用；發(fā)展分子振轉(zhuǎn)指紋光譜靈敏檢測新技術(shù)方法。 人才培養(yǎng)計劃 ： 本項目將依托于各承擔(dān)單位的有關(guān)國家或部委級重點實驗室與研究基地，將培養(yǎng)和凝聚本研究領(lǐng)域國際一流人才作為項目人才培養(yǎng)計劃的重點，有針對性地培養(yǎng)與造就一流人才，形成一批年齡和 專業(yè)結(jié)構(gòu)合理，創(chuàng)新能力強、有團隊精神和凝聚力，有活力的創(chuàng)新群體，并強調(diào)專業(yè)的交叉與融合 , 形成合力攻關(guān)的優(yōu)勢。培養(yǎng)出若干名在國際同行學(xué)術(shù)界有 較大 學(xué)術(shù) 影響 的年輕科學(xué)家與優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人。 在研究生培養(yǎng)方面，本項目將積極培養(yǎng)高質(zhì)量青年人才，為我國極端強場超快科學(xué)重要前沿與應(yīng)用開拓領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展提供人才基礎(chǔ)。 三、研究方案 學(xué)術(shù)思路和技術(shù)途徑 ： 極端強場超快科學(xué)重要前沿與應(yīng)用開拓是現(xiàn)代物理學(xué)乃至現(xiàn)代科學(xué)中的 重要 前沿 研究 領(lǐng)域，具有很強的基礎(chǔ)性與探索性，實驗研究與理論研究必須緊密結(jié)合并同時布局。極端強場超快科學(xué) 研究的核心是探索與揭示極端強光場、極端超快等極端物理條件下的相互作用新現(xiàn)象、新規(guī)律，并建立相關(guān)的新概念、新理論。同時，將這些新概念、新原理及由此發(fā)展起來的新技術(shù)與新方法運用到 阿秒科學(xué)前沿開拓與強場量子相干控制、超強光場驅(qū)動的高性能高能粒子束的產(chǎn)生及其應(yīng)用開拓、基于強場超快激光的精密測量與精密光譜學(xué)中的前沿科學(xué)問題 等前沿研究中去。而作為極端強場超快科學(xué)研究的前提，又必須持續(xù)促進極端強場超快激光自身的創(chuàng)新發(fā)展，為實現(xiàn)越來越高層次的強場、超快等極端物理條件提供可能。本建議項目擬開展的上述幾方面的研究內(nèi)容，構(gòu)成了一 個相輔相成、互相聯(lián)系的有機整體。 本建議項目第一階段的實驗研究，主要是利用已經(jīng)或?qū)⒔⒌亩喾N量級的具有國際先進水平的小型化強場超快激光系列實驗裝置，重點進行強場超快極端物理條件下激光與物質(zhì)相互作用中的新現(xiàn)象、新規(guī)律的探索研究以及在相關(guān)高技術(shù)領(lǐng)域與交叉學(xué)科中的前沿基礎(chǔ)研究；本建議項目的第二階段，將在極端強場超快激光創(chuàng)新發(fā)展基礎(chǔ)上，創(chuàng)造更高量級的極端強場超快、脈寬接近單 個光 周期以及新波段可調(diào)諧的強場超快條件，從而在更高層次上進行極端強場超快激光與物質(zhì)的高度非線性和相對論性 、甚至強相對論性 相互作用的實驗及相應(yīng)理論 研究。同時，本建議項目也將積極發(fā)揮各個承擔(dān)單位建立或計劃建立的各種量級或具有特殊性能的強場超快激光裝置在基礎(chǔ)實驗與交叉學(xué)科前沿研究中的重要作用。 本建議項目將組織激光科學(xué)、原子分子物理 、等離子體物理、 核物理 、 化學(xué) 、材料科學(xué) 等多學(xué)科的交叉綜合研究，由中科院上海光機所為主持單位，充分發(fā)揮華東師范大學(xué)、中國原子能科學(xué)研究院、北京大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、南開大學(xué)、中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所、華中科技大學(xué)、山東師范大學(xué)等參加單位的學(xué)術(shù)優(yōu)勢 (特別是有關(guān)單位的交叉學(xué)科優(yōu)勢 )，充分利 用已有的工作基礎(chǔ)及國家級或部委級重點實驗室的條件，分工協(xié)作，共同完成。 取得重大突破的可行性分析 本項目的依托單位中科院上海光機所主持并 中國 原子能科學(xué)研究院、華東師范大學(xué)、北京大學(xué)、天津大學(xué)、中物院等參加共同承擔(dān)的國家 973 計劃項目 “超強超短激光科學(xué)中若干重要前沿問題 ”和 “超強超短激光與強場超快科學(xué)中若干重大挑戰(zhàn)性問題 ”，以及本項目各承擔(dān)單位在 “十五 ”、 “十一五 ”期間承擔(dān)的與本項目領(lǐng)域有關(guān)的其他各種類型國家級與部委、中科院級的一系列重要科研項目，都已按計劃圓滿完成或即將完成，取得了顯著的研究進展與重要突破。 上述項目的成功實施，為本項目的立項 與實施 奠定了優(yōu)良的工作基礎(chǔ)。例如，已優(yōu)秀完成的 1999 年首批立項的國家 973計劃重要科學(xué)前沿項目 “超強超短激光科學(xué)中若干重要前沿問題 ”（項目首席科學(xué)家：徐至展，首席科學(xué)家助理：李儒新，項目執(zhí)行期限： 以及正在順利實施，已取得重大突破性進展并即將成功完成的 2006 年立項的國家973計劃重要科學(xué)前沿項目（項目首席科學(xué)家：徐至展，首席科學(xué)家助理：李儒新，項目執(zhí)行期限： 經(jīng)過十年多的研究，取得了系統(tǒng)性并重大創(chuàng)新研究成果 ，建立了先進的研究基地，形成了很強的研究隊伍。 本項目的依托單位中科院上海光機所還成功實現(xiàn)基礎(chǔ)性原理探索與工程性技術(shù)實施的結(jié)合，在 原理的實驗驗證并開拓發(fā)展，以及基于 鍵單元技術(shù)與總體集成等方面，取得了創(chuàng)國際最高水平并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列重大創(chuàng)新性成果，瓦 /120 飛秒級 強超短激光系統(tǒng)，獲得 2004 年度國家科技進步一等獎。在基于 理的小型化超強超短激光的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展方面，上海光機所也成功解決了一系列關(guān)鍵科學(xué)技術(shù) 問題，先后建成了達到國際一流水平的16太瓦 /23太瓦 /120太瓦 /36飛秒級等小型化 述激光裝置能為實驗研究提供聚焦光強達到 1018 1021W/有優(yōu)秀光束質(zhì)量或特殊時空輪廓的超強超短激光輸出，創(chuàng)建了相對論性強場超快極端條件。近 年 在上述創(chuàng)新成果基礎(chǔ)上，上 海光機所通過進一步創(chuàng)新，精心設(shè)計，建成國際最高峰值功率和最短脈寬的飛秒拍瓦級（ 寶石超強超短脈沖激光系統(tǒng)。應(yīng)用該激光系統(tǒng) ，在臺式化激光聚變和高亮度中子源產(chǎn)生方面已取得具有國際領(lǐng)先水平的重要物理實驗成果。 另外，華東師范大學(xué)、中國原子能科學(xué)研究院、北京大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、南開大學(xué)、山東師范大學(xué)、中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所和華中科技大學(xué)等單位在極端強場超快科學(xué) 重要 前沿與應(yīng)用開拓研究或有關(guān)的交叉學(xué)科領(lǐng)域研究方面，也分別具有各自突出的學(xué)術(shù)優(yōu)勢和雄厚的工作基礎(chǔ)。上述不少單位相繼建立或計劃建立的各種量級與層次或具有特殊性能特征的極端強場超快激光裝置，同樣為本項目的研究提供了有力的基礎(chǔ)。 總之， 本項目無論是從研究內(nèi)容與方案的選擇還是已具備的實驗條件與工作基礎(chǔ)，都表明具有很強的可行性。 創(chuàng)新點與特色： 本項目擬研究的主要內(nèi)容是國際上近年提出并剛開始探索或者是我們首先提出的極端強場超快科學(xué)重要前沿與應(yīng)用開拓中最具挑戰(zhàn)性的 關(guān)鍵科學(xué)技術(shù) 問題，具有 顯著 的創(chuàng)新性與特色。主要創(chuàng)新點敘述如下： (1) 在 極端強場超快 激光持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展中的重大科學(xué)技術(shù)問題研究方面， 本項目將主要探索解決在提供超強光場 (1023W/ 超高對比度 (109 全新極端強場物理條件， 開拓與發(fā)展極端強場超快激光的時域、頻域和空間特性等精密操控的新方法新技術(shù)， 并進一步提升 瓦 , 1015W）級超強超短激光系統(tǒng)整體性能，建立具有自主創(chuàng)新特色和國際一流水平的極端強場超快科學(xué)實驗基地。這是當(dāng)前極端強場超快激光持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用開拓領(lǐng)域的重大前沿。 我們將進一步開拓與創(chuàng)新發(fā)展 方法，立足中國已具有的特色和優(yōu)勢，重點研究可定標(biāo)放大的 實現(xiàn) 激光脈沖超高對比度的新原理、新技術(shù)； 位、時空與光譜匹配效應(yīng)；在高功率下獲得聚焦能力接近理論極限的超高強度超短脈沖激光光束的新方法；創(chuàng)新發(fā)展對強 場超快激光的時域、頻域和空間特性的整形控制新方法，探索極端強場超快激光持續(xù) 創(chuàng)新 發(fā)展和性能突破的新途徑。同時探索解決創(chuàng)建極端超快（近單周期）、可調(diào)諧與新波段（如 1-5m 中紅外新波段等）等全新強場超快極端物理條件中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題， 重點開展新波段寬帶脈沖 放大新原理新技術(shù)；高效率寬帶頻率變換技術(shù)和基于新型激光增益介質(zhì)的全固態(tài)激光新技術(shù)研究； 研究新波段、特別是 1-5m 中紅外新波段可調(diào)諧飛秒激光脈沖產(chǎn)生 、 放大 與壓縮 的新原理、新技術(shù)； 寬帶較大能量近單周期極端超快脈沖壓縮和色散補償?shù)男录夹g(shù)新方法；發(fā)展 定的 超短脈沖高效率放大和壓縮的新原理新技術(shù)；穩(wěn)定、測量與控制載波包絡(luò)位相 (時域、頻域和空間特性的操控新方法 ； 基于光子晶體光纖的飛秒強激光研究； 紫外波段亞飛秒 激光脈沖產(chǎn)生研究 等 。 (2) 在極端強場超快激光與物質(zhì)的高度非線性與相對論性相互作用研究方面， 盡管目前對高度非線性與相對論性已起主導(dǎo)作用的超強超短激光與物質(zhì)的相互作用得到了許多重要研究結(jié)果，但很多新現(xiàn)象、新規(guī)律還有待發(fā)現(xiàn)，至于系統(tǒng)的理論更遠未建立。特別是國際上僅有很少量研究推進到光強達到102122W/強相對論相互作用的全新范疇，真正的超高強度相 互作用的系統(tǒng)實驗研究更少，該領(lǐng)域總體上仍處于學(xué)科發(fā)展的初期階段。其次，脈寬為周期量級甚至接近單周期的超快強場激光與物質(zhì)極端非線性相互作用的研究也是當(dāng)前的科學(xué)前沿與熱點，即使是脈寬接近單周期的極端超快強場激光產(chǎn)生及其載波包絡(luò)位相的穩(wěn)定與控制都還是國際上公認的難點熱點研究課題。此外，近年來可調(diào)諧中紅外波段的強場超快激光源的出現(xiàn)，開辟了強場物理領(lǐng)域中迄今仍很少探索過的參量空間，為開拓強場相互作用新效應(yīng)、新物理及新應(yīng)用提供了新機遇。強場超快激光非線性成絲以及強場超快激光操控與表征凝聚態(tài)物質(zhì)微納結(jié)構(gòu)也是目前國際上的重 要科學(xué)前沿，并已交叉滲透到一系列科學(xué)領(lǐng)域，如太赫茲科學(xué)、納米科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)等，產(chǎn)生了不可忽視的重要推動。本項目擬進行的上述領(lǐng)域的實驗與理論研究，顯然孕育著突破傳統(tǒng)物理學(xué)、特別是傳統(tǒng)非線性光學(xué)框架的原始創(chuàng)新。 (3) 在阿秒科學(xué)前沿開拓與強場量子相干控制等研究方面， 雖然人類已由飛秒時代邁向阿秒時代，但已實現(xiàn)的阿秒相干光源脈沖寬度基本上還屬于亞飛秒級，光源強度還要提高以滿足非線性過程研究的需要，一些關(guān)鍵物理問題和應(yīng)用開拓亟待突破。本項目將研究產(chǎn)生更短脈寬、更高光子能量與更高亮度的阿秒相干光源中的關(guān)鍵科學(xué)問題與 亞周期時間尺度內(nèi)的強場量子相干控制，如小于 100阿秒的脈沖，“水窗”波段 和光子能量大于 1秒脈沖的產(chǎn)生、表征，阿秒時間尺度的分子結(jié)構(gòu)演化與電子運動過程等。重點是探索更短時間尺度與更高光子能量的阿秒相干光源的產(chǎn)生以及原子分子中電子的亞飛秒乃至阿秒時間尺度的量子相干控制等。 實現(xiàn)亞飛秒時間尺度和原子級空間尺度內(nèi)實時觀測和控制電子動力學(xué)行為； 在 多電子弛豫，電子重排，電子 示有重要意義的化學(xué)反應(yīng)的電子動力學(xué)物理本質(zhì)。 (4) 在相位空間超高密度高能電子與離子束的產(chǎn) 生及其應(yīng)用開拓方面，本項目擬研究并解決超強光場產(chǎn)生相位空間超高密度高性能高能粒子束及其重要應(yīng)用涉及的基礎(chǔ)科學(xué)問題，獲得高性能 高能 電子束并實現(xiàn)超大電荷量、超短脈寬高能電子束到優(yōu)質(zhì)強 探索 產(chǎn)生 200制 及其應(yīng)用等 。 雖然國際上已在厘米級的加速長度上獲得了 散度小的具有較高相位空間密度的高性能高能電子束；在離子加速方面，也已成功實現(xiàn)了準(zhǔn)單能 幾十 利用光壓加速機制獲得了幾百 在獲得相位空間 超高 密度高能電子與離子束 以及 開拓應(yīng) 用到聚變能源、核醫(yī)學(xué)等方面仍有許多亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。本項目擬開展的上述研究，可能實現(xiàn)重大自主創(chuàng)新。另外超高對比度、近衍射極限聚焦的紫外、近紅外超強超短脈沖激光在粒子加速等方面有著重要的應(yīng)用。 (5) 在基于強場超快激光的 精密測量與 精密光譜學(xué)的開拓等研究方面， 本項目擬開拓與發(fā)展強場超快、超短波長與極端超快等全新極端物理條件下 光場時 新技術(shù) 新機制，發(fā)展強場超快精密光譜學(xué)新概念以及超短波段精密測量的新方法， 探索 非線性光梳精密光譜學(xué)等新前沿 。 光場精密控制拓展到強場超快范疇必須解決一系列在弱場精 密控制中前所未見的關(guān)鍵科學(xué)問題，強場超快 激光 與物質(zhì)高度非線性相互作用，表現(xiàn)出一系列新的物理效應(yīng)和物理規(guī)律。精密光譜與精密測量拓展到強場超快、超短波段、極端超快與高度非線性過程等范疇，將為精密光譜學(xué)和精密測量提供新概念與新方法，開辟出新學(xué)科前沿。 課題設(shè)置 本項目選擇極端強場超快科學(xué)重要前沿與應(yīng)用開拓進行研究，擬設(shè)置的 5項研究課題如下： (1) 極端強場超快激光創(chuàng)新發(fā)展中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題； (2) 極端強場超快激光與物質(zhì)相互作用的新效應(yīng)新物理； (3) 阿秒科學(xué)前沿開拓與強場量子相干控制； (4) 超強光場驅(qū)動的高性能高能粒子束的產(chǎn)生及其 應(yīng)用開拓； (5) 基于強場超快激光的精密測量與精密光譜學(xué)中的前沿科學(xué)問題 。 各課題的主要研究內(nèi)容、目標(biāo)、承擔(dān)單位、課題負責(zé)人及課題在整個項目經(jīng)費中所占比例等分述如下： 課題 1、極端強場超快激光創(chuàng)新發(fā)展中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題 預(yù)期目標(biāo)： 瞄準(zhǔn)極端強場超快科學(xué)前沿與應(yīng)用開拓需求，探索解決創(chuàng)建極端強場(1023W/超高對比度 (109極端超快（近單周期）、可調(diào)諧與新波段（如1-5m 中紅外新波段）、時空特性（如載波包絡(luò)相位）穩(wěn)定可控等全新極端強場超快物理條件中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題；進一步提升 拍瓦 , 1015W）級超強超短激光系統(tǒng)整體性能，解決應(yīng)用于科學(xué)實驗研究等中涉及的科學(xué)技術(shù)問題，建立具有自主創(chuàng)新特色和國際一流水平的極端強場超快科學(xué)實驗基地。 研究內(nèi)容： 瞄準(zhǔn)極端強場超快科學(xué)重要前沿應(yīng)用的需求，探索解決創(chuàng)建極端強光場 (1023W/超高對比度 (109全新極端強場超快物理條件中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，重點研究極端強場超快激光主要性能（包括聚焦特性與時間對比度等）提升中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，如在高功率下獲得聚焦能力接近理論極限的超高強度超短脈沖激光光束的新方法，創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用基于 原理的可定標(biāo)放大的激光脈沖超高對比度提升的新原理、新技術(shù)，并研究涉及的空間色散管理、相位、時空與光譜匹配效應(yīng)；創(chuàng)新發(fā)展對強場超快激光的時域、頻域和空間特性等精密操控的新方法新技術(shù)，探索極端強場超快激光持續(xù)發(fā)展和性能突破的新途徑，為極端強場超快科學(xué)尖端實驗研究的需要創(chuàng)造先進的實驗平臺。 進一步創(chuàng)新發(fā)展 1015W）級超強超短激光的關(guān)鍵單元與總體技術(shù)，提升系統(tǒng)整體性能，解決應(yīng)用于科學(xué)實驗研究等中涉及的科學(xué)技術(shù)問題，以及相關(guān)的激光性能診斷測試新技術(shù)等，促進極端強場超快激光的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng) 用。 探索解決 創(chuàng)建極端超快（周期量級乃至近單周期量級）、可調(diào)諧與新波段（重點是 1-5全新強場超快極端物理條件中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，重點研究新波段寬帶極短脈沖源新原理新技術(shù)；高效率寬帶頻率變換技術(shù)和基于新型激光增益介質(zhì)的 全固態(tài)激光新技術(shù)研究； 研究新波段、特別是 1-5 放大 與壓縮 的新原理、新技術(shù)； 較大能量近單周期極端超快脈沖壓縮和色散補償?shù)男录夹g(shù)新方法；發(fā)展 定的超短脈沖高效率放大和壓縮的新原理新技術(shù)；穩(wěn)定、測量與控制載波包絡(luò)位相 (時域 、頻域和空間特性的操控新方法 ； 基于光子晶體光纖的飛秒強激光研究；紫外波段亞飛秒 激光脈沖產(chǎn)生研究 等 。 經(jīng)費比例： 22% 承擔(dān)單位： 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所、天津大學(xué)、上海交通大學(xué) 課題負責(zé)人： 冷雨欣 學(xué)術(shù)骨干： 梁曉燕、陸海鶴、王清月、陳險峰 課題 2、極端強場超快激光與物質(zhì)相互作用的新效應(yīng)新物理 預(yù)期目標(biāo)： 揭示極端強場超快激光與物質(zhì)相互作用新效應(yīng)新物理，重點是更強光場條件的高度非線性與相對論效應(yīng)起主導(dǎo)作用的極端強場超快激光與重要形態(tài)物質(zhì)的相互作用新現(xiàn)象與新規(guī)律；進一步開拓超強光場極端條件下的強相對論性 相互作用新物理并周期量級乃至脈寬接近單周期的超快強場條件下的極端非線性相互作用新領(lǐng)域；開拓與發(fā)展中紅外新波段強場物理新效應(yīng)新機制 ; 建立相關(guān)的新概念、新理論。 研究內(nèi)容： 深入開展極端強場超快激光與物質(zhì)相互作用新效應(yīng)新物理的實驗與理論研究，重點是 在 更強光場條件 揭示高度非線性與相對論性起主導(dǎo)作用的強場超快相互作用新效應(yīng)新規(guī)律，開拓極端強場超快激光與原子、分子、團簇、固體和等離子體等重要形態(tài)物質(zhì)的相互作用新現(xiàn)象與新規(guī)律，如探索極端強場超快條件下原子和分子的動力學(xué)行為及集體效應(yīng)；深入研究極端強場超快激光與大尺寸團簇、固體、等離子體等的相對論性甚至強相對論性相互作用新現(xiàn)象新物理，為探索產(chǎn)生臺式化核聚變高亮度中子源以及激光核聚變快（超快）點火新機制提供科學(xué)基礎(chǔ)；系統(tǒng)研究超快強場激光非線性成絲新效應(yīng)新應(yīng)用；開拓強場超快激光操控與表征凝聚態(tài)物質(zhì)微納結(jié)構(gòu)交叉前沿等。 利用持續(xù)發(fā)展并建立的極端超快強場激光及其實驗研究平臺，通過精密操控激光的時域、頻域、空間特性以及載波包絡(luò)位相（ ，深入進行周期量級甚至脈寬接近單周期的激光與物質(zhì)的極端非線性相互作用的實驗與相應(yīng)理論研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象新機制。 開拓與發(fā)展長波長（如 1-5m 中 紅外）新波段并可調(diào)諧強場超快激光與物質(zhì)相互作用中的新效應(yīng)新物理，如揭示相互作用波長定標(biāo)律；驅(qū)動產(chǎn)生超短波長超快相干輻射及開拓新應(yīng)用等。 經(jīng)費比例： 24% 承擔(dān)單位： 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所、北京應(yīng)用物理與計算數(shù)學(xué)研究所、中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所、華南理工大學(xué) 課題負責(zé)人： 徐至展 學(xué)術(shù)骨干： 程亞、劉建勝、邱建榮、雷安樂、 徐晗、 陳京、柳曉軍 課題 3、阿秒科學(xué)前沿開拓與強場量子相干控制 預(yù)期目標(biāo)： 實現(xiàn) “水窗 ”波段 和光子能量大于 1現(xiàn)亞飛秒時間尺度和原子級空間尺度內(nèi)實時觀測 和控制電子動力學(xué)行為；多電子弛豫過程，電子重排，電子 示有重要意義的化學(xué)反應(yīng)的電子動力學(xué)物理本質(zhì)。探索阿秒脈沖作用下物質(zhì)的電子動力學(xué)新規(guī)律及其應(yīng)用。 研究內(nèi)容： 獲得更高強度、更高光子能量和更短脈寬的阿秒脈沖，如采用較長波長驅(qū)動源、多周期雙色場驅(qū)動技術(shù)、準(zhǔn)相位匹配技術(shù)等。 開拓高亮度短波長阿秒相干光源的重要應(yīng)用，如 阿秒光譜學(xué)和 阿秒 電子譜學(xué)、阿秒非線性光學(xué) 等。 探索強場量子相干控制的新原理新機制，發(fā)展 亞周期時間尺度的激光脈沖整形技術(shù)，通過實時控制超寬帶光譜中每 個光譜分量的相位、振幅甚至偏振，獲得亞周期時間尺度可精密操控的超快強場。 實現(xiàn) 阿秒電子波包運動 的相干 控制，以及 原子與亞原子時空尺度的電子動力學(xué) 過程 （如電子態(tài)的弛豫，演化與反應(yīng)等）的實時觀測與 強場 量子相干控制等。研究多電子弛豫過程，電子重排，電子 原子分子中多電子復(fù)雜動力學(xué)過程 。 開展 超快強場中原子分子的 X 射線發(fā)射和相關(guān)的電子和離子三維動量的探測 的研究 ， 以 阿秒時間尺度和原子級空間尺度分辨 能力探測 電子波 包 的空間結(jié)構(gòu)和演化 過程 ?；趶妶龊桶⒚朊}沖光場中電子波包的相干控制研究分子不同的反應(yīng)通道在 超快 強 場作用下的不同特征，以及不同通道間的相干特性， 實現(xiàn) 亞飛秒時間尺度內(nèi)分子演化過程 的 探測，揭示有重要意義的化學(xué)反應(yīng)的電子動力學(xué)物理本質(zhì) ，并進而 實現(xiàn)對分子的特定反應(yīng)通道的選擇和控制。 經(jīng)費比例： 16% 承擔(dān)單位： 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所、華中科技大學(xué) 課題負責(zé)人： 李儒新 學(xué)術(shù)骨干： 陸培祥、曾志男、劉鵬、張敬濤、趙全忠 、鄭穎輝 課題 4、超強光場驅(qū)動的高性能高能粒子束的產(chǎn)生及其應(yīng)用開拓 預(yù)期目標(biāo)： 研究并解決超強光場場產(chǎn)生高性能高能電子與離子束及其重要應(yīng)用中涉及的基礎(chǔ)科學(xué)問題。實驗上獲得高性能 高能 電子束并將超 大電荷量、超短脈寬的高能電子束轉(zhuǎn)換為優(yōu)質(zhì)的強 X 光源；利用 光壓加速在實驗上獲得10級的高性能質(zhì)子束，探索產(chǎn)生能量在 200上準(zhǔn)單能質(zhì)子束的加速 新機制 ， 探索 質(zhì)子束在成像、聚變能源 、核醫(yī)學(xué) 等方面的重要應(yīng)用。理論上探索 100時開拓強場超快科學(xué)的新前沿新方向，特別是相關(guān)的光核物理、強場 研究內(nèi)容： 研究 超強光場產(chǎn)生相位空間超高密度高能電子束涉及的基礎(chǔ)物理問題。主要是超大電荷量、超高電荷密度、超窄能譜寬度、超優(yōu)準(zhǔn)直性的高性能高能電子束的產(chǎn)生。重點研究超大焦斑 激光、多組束激光產(chǎn)生超高電荷量高能電子束，利用毛細管通道來增大加速距離等新設(shè)想。 研究 強場激光加速產(chǎn)生 高性能 離子束涉及的基礎(chǔ)物理問題。主要是加速過程中的橫向不穩(wěn)定性問題、激光能量到高能離子的能量轉(zhuǎn)換效率問題、靶設(shè)計與制備問題、如何有效增加加速距離的問題。重點研究超高對比度激光對納米薄膜靶的整體光壓穩(wěn)相加速，利用超強尾場或多級加速等來 提高 超高加速梯度下的有效加速長度。 研究 高性能高能電子、離子束應(yīng)用中涉及的基礎(chǔ)物理問題，主要是高能電子到 X 光的轉(zhuǎn)換、高能電子 與 質(zhì)子在稠密物質(zhì)中的傳輸與沉積特性、光核物理與 應(yīng) 。重點研究高能質(zhì)子束 在 制備放射性同位素， 癌癥治療和 聚變能源方面（如點火方式、靶丸診斷等）的應(yīng)用，超強 射線和夸克膠子等離子體的相互作用等。研究超高對比度紫外與近紅外等波段超強超短激光在驅(qū)動產(chǎn)生高性能高能粒子束等重要應(yīng)用中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。重點是探索紫外與近紅外超短脈沖的超高對比度與聚焦性能的優(yōu)化。 經(jīng)費比例： 22% 承擔(dān)單位 ： 中國原子能科學(xué)研究院、北京大學(xué)、中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所 課題負責(zé)人： 王乃彥 學(xué)術(shù)骨干： 湯秀章、陸元榮、沈百飛、余瑋 課題 5、基于強場超快激光的精密測量與精密光譜學(xué)中的前沿 科學(xué)問題 預(yù)期目標(biāo)： 開拓與發(fā)展 強場超快、超短波段、極端超快與高度非線性 等全新極端物理條件下 光場時 于強場超快精密控制，發(fā)展強場超快精密光譜學(xué)新概念新原理以及超短波段精密測量的新方法新技術(shù)，提高分辨率、精度和靈敏度法；開拓強場超快精密光譜學(xué)的新學(xué)科前沿，如超短波長與非線性光梳精密光譜學(xué)，并探索其重要應(yīng)用；發(fā)展分子振轉(zhuǎn)指紋光譜靈敏檢測新技術(shù)方法。 研究內(nèi)容： 光場精密控制對于研究光與物質(zhì)相互作用以及提高精密光譜的分辨率、精度和靈敏度具有重要意義。本課題擬探索強場超快激光精密控制的新機制，研究精密操控超強超短激光與物質(zhì)高度非線性相互作用的新物理效應(yīng)及其在精密光譜與精密測量中的應(yīng)用。具體包括：（ 1）發(fā)展高功率飛秒光梳放大新技術(shù)，探索高功率光梳放大過程中高精度是否能夠保持，深入研究在高功率放大、傳遞過程中載波包絡(luò)相位附加噪聲的影響，并對其進行操控，實現(xiàn)飛秒光梳高功率放大中相位噪聲抑制，獲得高重復(fù)頻率、高平均功率、時頻域精密控制的近紅外波段飛秒光學(xué)頻率梳；（ 2）基于高功率飛秒光梳，實現(xiàn)光梳精密光譜科學(xué)與技術(shù)從線性到非線性以至于高階非線性的光梳精密光譜學(xué)的跨代發(fā)展；實現(xiàn)高精度與高靈敏度的聯(lián)合測控，解 決光場精密控制的物理限制以及進一步提高光場控制精度的物理極限等關(guān)鍵科學(xué)問題。探索非線性光梳精密光譜學(xué)獲得更高精度的原理和方法；（ 3）解決不同波段光場時 階非線性過程中相干傳遞等關(guān)鍵科學(xué)問題，深入探討產(chǎn)生 化高次諧波提高效率及 制高次諧波相位匹配增強紫外光梳產(chǎn)生；（ 4）發(fā)展新波段飛秒激光頻率梳新技術(shù)及應(yīng)用，在中遠紅外和極紫外波段，基于 展新方法實現(xiàn)全波段的載波包絡(luò)位相測量和精確控制。（ 5）基于紫外光梳，實現(xiàn)分子中電子波包控制，開拓分子光梳光譜學(xué)等新的學(xué)科前沿，基于新波段飛秒光梳的控制，實現(xiàn)分子的精密測控。 經(jīng)費比例： 16% 承擔(dān)單位： 華東師范大學(xué)、山東師范大學(xué)、南開大學(xué) 課題負責(zé)人： 曾和平 學(xué)術(shù)骨干： 徐建華、賈天卿、王傳奎、劉偉偉 課題設(shè)置的思 路、各課題間的有機聯(lián)系以及與項目預(yù)期目標(biāo)的關(guān)系 本項目擬設(shè)置的第一項課題既是 極端強場超快科學(xué)重要前沿與應(yīng)用開拓 的研究前沿與熱點 ,也是開展高水平的極端強場超快科學(xué) 重要前沿 實驗研究的前提和基礎(chǔ)。課題的研究將促進極端強場超快激光自身的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展并 為 創(chuàng)建我國具有國際一流水平的 極端 強場超快科學(xué) 前沿與應(yīng)用開拓 研究基地做出重要貢獻；該 課題 研究也 旨在 提供前沿實驗需要的極端強場超快等極端物理條件，因此 也是本項目其余課題開展研究并完成總體目標(biāo)的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)與必要條件。 本項目的第二課題則著重于深入開展極端強場超快激光與物質(zhì)相 互作用新效應(yīng)新物理的實驗與理論研究，揭示強場甚至極端強場、超快乃至極端超快等全新強場超快極端物理條件下的新現(xiàn)象新規(guī)律，是當(dāng)前極端強場超快科學(xué) 重要前沿研究的主體內(nèi)容，也是本項目選擇設(shè)置的重要課題。 本項目的第三、第四和第五課題則著重于開拓極端 強場超快物理新前沿新方向 , 并 為一些重要戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域的開拓與發(fā)展提供原理依據(jù)與科學(xué)基礎(chǔ) ,如 :開拓與發(fā)展更短時間尺度、更高亮度阿秒相干光源的產(chǎn)生、表征與應(yīng)用及其量子相干控制中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù) 問題；創(chuàng)新解決超強光場驅(qū)動的高性能高能粒子（電子、質(zhì)子與 重 離子）束的產(chǎn)生及其重要應(yīng)用 中涉及的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題，并探索極端強場光核物理、 拓與發(fā)展基于強場超快激光的精密測量與精密光譜學(xué)前沿科學(xué)技術(shù)及其重要應(yīng)用中的新技術(shù)新方法等。 上述每項課題均包括理論和實驗研究兩部分工作。作為基礎(chǔ)研究或交叉前沿研究，本項目的五項課題是有機聯(lián)系并相輔相成的，并且緊密圍繞項目總體目標(biāo)，突出重點，形成不可分割的整體。 四、年度計劃 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 對 創(chuàng)建全新極端強場超快物理條件 涉及的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題進行相關(guān)理論分析和實驗預(yù)研； 發(fā)展 可調(diào)諧與新波段強場超快激光產(chǎn) 生和放大技術(shù)。 物理實驗方案的設(shè)計與優(yōu)化，以及實驗系統(tǒng)的建立與改進；開展高度非線性與相對論性光強條件下的激光與物質(zhì)相互作用實驗研究；開展高度非線性與相對論性，特別是探索強相對論性 相互作用 的理論研究。 開展中紅外激光與氣體介質(zhì)相互作用產(chǎn)生高次諧波的實驗和理論研究；調(diào)試電子離子三維動量檢測裝置并初步開展相關(guān)測量研究。 完善強場激光驅(qū)動產(chǎn)生高性能高能電子束、離子束的實驗平臺；理論研究超高電荷量高能電子束產(chǎn)生和高能離子束加速中涉及的橫向不穩(wěn)定性問題。 發(fā)展高重復(fù)頻率、高功率飛秒脈沖載波包絡(luò)位相操控的新原理與新技術(shù)； 開展強場超快激光精密操控的傳遞與遠程控制研究等。 整個項目順利啟動并實施，完成有關(guān)實驗方案設(shè)計，建立相關(guān)診斷與測試手段；在強場超快激光波前演變特性和激光脈沖對比度等研究方面取得前期進展；在近單周期、紅外和紫外新波段可調(diào)諧的飛秒強激光研究方面取得進展。 在高度非線性與相對論性光強條件下的強場超快激光與物質(zhì)的相互作用實驗研究中取得一定進展，為進一步實驗提供方案與優(yōu)化的參數(shù)；獲得高次諧波連續(xù)譜；完成三維動量檢測裝置的調(diào)試。 完善相關(guān)粒子探測設(shè)備，建立超強光場驅(qū)動產(chǎn)生高性能電子束、離子束的物理實驗平臺，掌握多種薄膜 靶的制備和分析技術(shù)；獲取超高電荷量高能電子束的理論基礎(chǔ)；獲取大能量紫外激光脈沖輸出；完善一維模擬軟件。 實現(xiàn)高重復(fù)頻率、高功率超短飛秒激光脈沖光場時域 不同波段超短激光頻率梳之間的精確同步控制。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 二 年 開展有效提升高量級激光聚焦性能的實驗研究；研究 激光脈沖超高對比度提升的新原理、新技術(shù)； 對紅外 可調(diào)諧新波段超快強激光脈沖 進行 壓縮 ；優(yōu)化紫外寬帶光輸出；發(fā)展載波包絡(luò)位相 (定的強場超快光源。 重點開展周期量級極端超快強場激光與物質(zhì)的極端非線性相互作用的實驗與相應(yīng)理論研究；研 究超快強場激光非線性成絲新效應(yīng)新應(yīng)用；開拓強場超快激光操控與表征凝聚態(tài)物質(zhì)微納結(jié)構(gòu)交叉前沿等；發(fā)展極端強場超快條件下的相對論性相互作用非微擾理論與計算方法，揭示相關(guān)的新機制與新物理。 開展阿秒脈沖寬度測量研究，優(yōu)化高次諧波相位和阿秒脈沖寬度；開展分子高次諧波實驗研究。 研究強場激光驅(qū)動產(chǎn)生高性能高能電子束和質(zhì)子束的關(guān)鍵技術(shù)手段；擴展 深入研究在高功率放大、傳遞過程中載波包絡(luò)相位附加噪聲的影響，并對其進行操控；探究放大過程中非線性 效應(yīng)對飛秒光學(xué)頻率梳時頻域特性的影響。 進一步發(fā)展 周期量級乃至近單周期量級極端超快 強場光源技術(shù)，并 在可調(diào)諧與新波段強場超快激光產(chǎn)生、放大與性能提升中取得重要進展 。 研究周期量級超快強場、 可調(diào)諧 新波段中時空特性（如載波包絡(luò)相位）穩(wěn)定可控等 問題 。 重點揭示周期量級極端超快強場激光與物質(zhì)的極端非線性相互作用新效應(yīng)新規(guī)律；探索超快強場激光非線性成絲新機制，開拓新應(yīng)用；建立若干強場超快激光操控與表征凝聚態(tài)物質(zhì)微納結(jié)構(gòu)新方法新途徑；利用極端強場超快條件下的強相對論性相互作用新機制新物理非微擾理論與計算方法，解釋并預(yù)言若干重要實驗新現(xiàn)象。 獲得阿秒脈沖寬度信息并壓縮阿秒脈沖至近傅立葉變換極 限；在實驗上通過高次諧波實現(xiàn)分子軌道結(jié)構(gòu)的探測。 研究并獲得產(chǎn)生較低能散、較低橫向發(fā)散角的高性能高能電子束和質(zhì)子束的關(guān)鍵技術(shù)手段；完成三維的模擬軟件，并移植到并行計算機上。 實現(xiàn)飛秒光梳高功率放大中相位噪聲抑制；實現(xiàn)高重復(fù)頻率高功率的近紅外波段飛秒光學(xué)頻率梳。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 三 年 發(fā)展被動波前校準(zhǔn)技術(shù)，開展激光脈沖對比度提升新技術(shù)研究，并開展綜合應(yīng)用實驗研究；開展基于光子晶體光纖和新型激光材料的小型化紅外、中紅外超快激光調(diào)諧、放大實驗研究； 開展 定 可控 的超短脈沖高效率放大 、色散補償 和 周期量級激光脈沖 壓縮 的新原理新技術(shù) 研究。 將極端強場超快激光與團簇、固體和等離子體等重要形態(tài)物質(zhì)的相對論性相互作用進一步推進到強相對論性相互作用的范疇，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象新機制；系統(tǒng)研究長波長新波段并可調(diào)諧強場超快激光與物質(zhì)相互作用過程中的各類波長定標(biāo)律；將相對論性 強激光場 與物質(zhì)相互作用模型推廣到 多模 激光場模型，并開拓 與載波包絡(luò)位相（ 有關(guān)的相對論性相互作用的新現(xiàn)象與新機制 。 將高次諧波光子能量推進到水窗波段；開展原子分子中電子軌道波函數(shù)在阿秒時間尺度和原子級空間尺度上的空間結(jié)構(gòu)和動態(tài)演化過程研究；研究分子反應(yīng)通道和高次諧波之 間的聯(lián)系。 優(yōu)化高性能高能電子束和質(zhì)子束的產(chǎn)生；完善模擬軟件并開展理論模擬。 開展基于非共線外腔增強以及表面增強高次諧波的 化高次諧波提高效率及 制高次諧波相位匹配增強紫外光梳產(chǎn)生。 波前被動校準(zhǔn)技術(shù)和脈沖對比度提升技術(shù)研究取得進展，拍瓦級強場超快激光聚焦穩(wěn)定性獲得明顯改善；在 發(fā)展極端強場超快激光的時域、頻域和空間特性等精密操控的新方法新技術(shù) 方面取得進展。 在超熱電子轉(zhuǎn)換效率、輸運、能量沉積等方面取得若干重要成果；在長波長（如 1-5波段并可調(diào)諧 強場超快激光與物質(zhì)的相互作用研究中取得重要進展，揭示若干重要的波長定標(biāo)律。建立相對論性 強激光場 的 多模 理論并用于具體研究；完善周期量級脈寬強場超快激光與物質(zhì)相互作用的理論模型，初步揭示 載波包絡(luò)位相（ 在 相對論性 強場激光與物質(zhì) 相互作用 中的特征效應(yīng)。 獲得水窗波段高次諧波連續(xù)譜；獲得電子波函數(shù)的超快演化信息；在實驗上獲得分子反應(yīng)通道的信息。 強場激光驅(qū)動低密度等離子體獲取更窄能譜寬度、更優(yōu)準(zhǔn)直性的高性能高能電子束；利用薄膜靶獲得能量接近 10高性能高能質(zhì)子束；建立完善的模擬程序。 實現(xiàn)高精度與高靈敏度 的聯(lián)合測控，解決光場精密控制的物理限制以及進一步提高光場控制精度的物理極限等關(guān)鍵科學(xué)問題；有效產(chǎn)生學(xué)頻率梳；解決不同波段光場時 階非線性過程中相干傳遞等關(guān)鍵科學(xué)問題。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 四 年 提升拍瓦級激光系統(tǒng)聚焦功率密度；在超強超短激光系統(tǒng)中發(fā)展應(yīng)用超高脈沖對比度提升新技術(shù)；對紅外和紫外激光的放大、頻率變換和壓縮進行進一步的研究；研究 創(chuàng)新發(fā)展對強場超快激光的時域、頻域和空間特性的整形控制新方法 。 隨著更高層次的光場條件的建立，研究強相對論性條件下超強超短激光與各種形態(tài)物質(zhì)的極端 非線性相互作用研究；開展周期量級甚至脈寬接近單周期的激光與物質(zhì)的極端非線性相互作用的實驗與相應(yīng)理論研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象新機制等；完善極端強場超快條件下的強相對論性相互作用非微擾理論與計算方法，并與實驗緊密結(jié)合，解釋新現(xiàn)象，開拓新機制。 控制阿秒超快電子運動，并通過三維動量檢測技術(shù)研究其對分子不同反應(yīng)通道的影響以及分子演化過程；研究影響分子反應(yīng)通道的因素及其物理本質(zhì)。 增加強場激光驅(qū)動產(chǎn)生高性能高能電子束的加速長度，獲得更高能量的電子束；研究利用高對比度的紫外和紅外超短脈沖激光驅(qū)動 離子束，并研究靶厚度、形狀、材料等對加速離子的能量、能散和束流品質(zhì)的影響關(guān)系。 開展新波段飛秒激光頻率梳新技術(shù)及應(yīng)用研究；研究基于 拍瓦級強場超快激光的焦場分布和聚焦能量密度取得重要進展；在更高量級下獲得超高脈沖對比度的輸出。新型紫外（ 200紅外、中紅外（ 1-5m）激光輸出功率、大能量脈沖壓縮和調(diào)諧能力，以及 時空特性（如載波包絡(luò)相位）穩(wěn)定可控 研究取得突破。 在高度非線性與相對論性（特別是強相對論性）條件下 超強超短激光與 物質(zhì)的 相互作用研究 中取得重要進展；在 定與可操控條件下周期量級甚至單周期極端超快激光與物質(zhì)的相互作用研究中取得若干重要創(chuàng)新性研究成果。 獲得電子運動對分子不同反應(yīng)通道的控制規(guī)律，實現(xiàn)對分子特定反應(yīng)通道的選擇和控制；掌握分子反應(yīng)通道對激光參數(shù)的依賴性及其物理本質(zhì)。 獲得提高電子加速長度的關(guān)鍵技術(shù)手段，并提高電子束的性能參數(shù)；獲取利用整體光壓穩(wěn)相加速產(chǎn)生高性能離子束的技術(shù)手段，并獲取靶厚度、形狀、材料等對加速離子的能量、能散和束流品質(zhì)的影響關(guān)系。 發(fā)展可用于實現(xiàn)全波段的載波包絡(luò)位相測量和精確控制新方法；獲得基于 學(xué)頻率梳的超高精度分子精 密光譜。 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 五 年 進一步創(chuàng)新發(fā)展高功率 及相關(guān)的激光性能診斷測試新技術(shù)等 ， 提升系統(tǒng)整體性能，解決應(yīng)用于科學(xué)實驗研究等中涉及的科學(xué)技術(shù)問題 ；進一步開拓發(fā)展新原理、新方法，在紫外和 中紅外 等 新波段 開展更高量級的周期乃至單周期量級脈寬， 可調(diào)諧、時空特性（如載波包絡(luò)相位）穩(wěn)定可控等全新極端強場超快激光輸出研究。 進一步突破到強相對論性條件下 的超強超短激光與固體薄膜靶、氣體靶以及團簇靶相互作用的研究 領(lǐng)域 ； 深入研究周期量級，重點是脈寬接近單周期的激光與物質(zhì)的極端非線性相互 作用新物理新效應(yīng)；深入探索中紅外可調(diào)諧新波段強場超快激光驅(qū)動產(chǎn)生“水窗”波段甚至 “水窗”乃至 段高次諧波產(chǎn)生中的位相匹配機制等。 研究通過改變激光參數(shù)調(diào)控分子反應(yīng)通道的手段，并初步開展相關(guān)的應(yīng)用研究的探索；利用高次諧波和阿秒脈沖進一步深入開展亞飛秒時間尺度和原子級空間尺度內(nèi)實時觀測和控制電子動力學(xué)行為研究。 研究 高性能高能電子、離子束應(yīng)用中涉及的基礎(chǔ)物理問題 ； 高能電子、質(zhì)子在稠密物質(zhì)中的傳輸與沉積特性 ；研究 光核物理與 應(yīng) ；研究超強激光驅(qū)動產(chǎn)生的 超強 射線和 夸克膠子等離子體的相互作用等 。 提升 強場超快激光 系統(tǒng)整體性能 ，滿足 極端強場超快科學(xué)物理實驗研究的需要。 探索解決在 創(chuàng)建極端強光場 (1023W/超高對比度(109 極端超快 （近單周期）， 可調(diào)諧與新波段、時空特性穩(wěn)定可控等全新極端強場超快物理條件中的關(guān)鍵科學(xué)問題 。 在強相對論條件下 的超強超短激光與固體薄膜靶、氣體靶以及團簇靶 的 相互作用研究 中發(fā)現(xiàn)一系列重要的新現(xiàn)象、新規(guī)律 ； 在周期量級特別是脈寬接近單周期的激光與物質(zhì)的極端非線性相互作用獲得原創(chuàng)性研究成果；揭示“水窗”甚至 位相匹配新機制，獲得高亮度的“水窗”甚至 實驗上實現(xiàn)對分子反應(yīng)通道的選擇和控制， 結(jié)合實驗和理論研究，揭示有重要意義的化學(xué)反應(yīng)的電子動力學(xué)物理本質(zhì)。 獲取高性能高能電子到 譜等；獲取高能電子質(zhì)子在稠密物質(zhì)傳輸與沉積的基本特性；利用強場激光驅(qū)動產(chǎn)生的 高能質(zhì)子束用于 短壽命 放射性 醫(yī)用 同位素 的研究。 開拓分子光梳光譜學(xué)等新的學(xué)科前沿，實現(xiàn)分子的精密測控。 全面完成本項目的研究目標(biāo)。 一、研究內(nèi)容 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題 ： 1. 促進極端強場超快激光的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展， 探索解決創(chuàng)建極 端強光場、超高對比度、極端超快、可調(diào)諧與新波段、時空特性穩(wěn)定可控等全新極端強場超快物理條件中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題： 創(chuàng)建極端強光場 (1023W/超高對比度 (109全新極端強場超快物理條件中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題； 創(chuàng)建極端超快（近單周期）、可調(diào)諧與新波段（如 1-5全新強場超快極端物理條件中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題； 開拓與發(fā)展極端強場超快激光的時域、頻域和空間特性等精密操控的新方法新技術(shù)； 進一步提升 瓦， 1015W）級超強超短激光系統(tǒng)整體性能，解決應(yīng)用于科學(xué)實驗研究 等中涉及的科學(xué)技術(shù)問題。 2. 極端強場超快激光與物質(zhì)相互作用新效應(yīng)新物理的實驗與理論研究， 深入揭示強場甚至極端強場、超快乃至極端超快等全新強場超快極端物理條件下的新現(xiàn)象與新規(guī)律，建立并發(fā)展相關(guān)的新概念與新理論。如： 揭示更強光場條件的高度非線性與相對論性起主導(dǎo)作用的強場超快相互作用新效應(yīng)新規(guī)律，探索強相對論性相互作用新機制新物理； 發(fā)現(xiàn)周期量級乃 至單周期極端超快強場激光與物質(zhì)高度非線性相互作用的新機制新物理，發(fā)展相關(guān)新概念新理論； 探索長波長（如 1-5外）新波段并可調(diào)諧強場超快激光與物質(zhì)相互作用新效應(yīng)新 物理并開拓新應(yīng)用。 3. 開拓與發(fā)展更短時間尺度、 更高光子能量、 更高亮度阿秒相干光源及 強場 量子相干控制中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。如： 更短脈寬（ 1023W/超高對比度 (109全新極端強場超快物理條件中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題， 開拓與發(fā)展極端強場超快激光的時域、頻域和空間特性等精密操控的新方法新技術(shù)， 重點研究極端強場超快激光主要性能（包括聚焦特性與時間對比度等）提升中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，如在高功率下獲得聚焦能力接近理論極限的超高強度超短脈沖激光光束的新方法，創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用基于 技術(shù)，并研究 涉及的空間色散管理、相位、時空與光譜匹配效應(yīng) ；創(chuàng)新發(fā)展對強場超快激光的時域、頻域和空 間特性的整形控制新方法，探索極端強場超快激光持續(xù)發(fā)展和性能突破的新途徑，為極端強場超快科學(xué)尖端實驗研究的需要創(chuàng)造先進的實驗平臺。 針對極端強場超快科學(xué)物理實驗研究的需要，將上述研究并發(fā)展的新方法新技術(shù)應(yīng)用于超強超短激光系統(tǒng)性能的提升與發(fā)展中，進一步創(chuàng)新發(fā)展高功率 1015W）級超強超短激光的關(guān)鍵單元與總體技術(shù)，提升系統(tǒng)整體性能，解決應(yīng)用于科學(xué)實驗研究等中涉及的科學(xué)技術(shù)問題，以及相關(guān)的激光性能診斷測試新技術(shù)等，促進