對超強超短脈沖激光-等離子體中高能電子加速的研究，有著非常重要的應用前景，吸引了許多科學工作者對其不斷探索。提高激光的強度是激光工作者孜孜不倦的追求。激光的能量越高，脈沖寬度越短，則峰值功率越高。

2019年底，“新一代超強超短激光綜合實驗裝置”項目通過國家自然科學基金委員會組織專家的測試，順利完成驗收，該裝置將基于激光尾波場加速器實現臺式化XFEL 輸出的原理驗證。該裝置由高性能重復頻率百太瓦級超強超短激光系統(tǒng)、中紅外新波段可調諧超強超短激光系統(tǒng)、激光尾波場電子加速與臺式化X 射線波段自由電子激光(XFEL)系統(tǒng)、高次諧波XUV相干光源系統(tǒng)等四個系統(tǒng)組成。 首次觀察到基于激光加速的自由電子激光輻射非線性放大效應，并在激光尾波場電子加速、中紅外新波段超強超短激光、激光驅動高次諧波產生等研究中取得了國際領先水平成果。

超強超短激光驅動

成功產生反物質——超快正電子源，這一發(fā)現將在材料的無損探測、激光驅動正負電子對撞機、癌癥診斷等領域具有重大應用。小型臺式激光器已經能夠提供高重復頻率超短脈寬超高功率的激光脈沖輸出，超強超短激光驅動的粒子加速器，突破了傳統(tǒng)射頻加速器的加速電場極限，提供了超高加速梯度，極大的降低了加速器的規(guī)模和成本，將會在眾多領域如癌癥的質子治療、自由電子激光、生物醫(yī)學高分辨率成像、材料檢測及高能粒子物理研究中得到廣泛應用，并將帶來顯著的經濟效益和社會效益。

脈沖X射線機

該裝置主要由電子光學系統(tǒng)(包括注入器、透鏡、脈沖發(fā)生器、電子槍等)、射頻高壓電源和機械系統(tǒng)等部分組成.由于它一方面能像普通的閃光X射線照相或陰影射線照相，另一方面又能使X射線脈沖貫穿各種不同厚度的材料，特別是高原子序數的元素如鈾，因而它具有一定的完成清晰邊界爆轟炸藥和爆炸驅動金屬系統(tǒng)射線照相的精確測定的能力.閃光X射線照相，是完成與爆轟波和沖擊波有關實驗的一項重要診斷技術，是發(fā)展核物理，特別是核武器物理技術的一項必不可少的實驗手段。

自由電子激光器

是一種新型的強相干輻射源。由于它可能具有高功率、高效率、波長的大范圍調諧和超短脈沖的時間結構等一系列優(yōu)良特性而受到人們的格外重視。是利用相對論電子束通過周期磁場將電子束的動能轉換為輻射能。適宜于研究光與原子、分子和凝固態(tài)物質的相互作用, 這類研究涉及到固體表面物理、半導體物理、超導體、凝聚態(tài)物理、化學、光譜學、非線性光學、生物學、醫(yī)學、材料、能源、通信、國防和技術科學等多個方面。

激光尾波場電子加速

利用超短超強激光在等離子體中激發(fā)出的高強度尾波場來實現電子加速的方案也取得了巨大進展。相對于傳統(tǒng)的射頻腔加速器，這種新型的加速器由于以等離子體為介質，可以突破傳統(tǒng)加速器中加速梯度小于100MV/m的限制,其加速梯度可以達到100GV/m。電子在這樣的加速場下，在厘米量級的距離內就可以獲得GeV的能量。隨著臺面型超短超強激光器的發(fā)展，新一代實用化的臺面型電子加速器有望在不遠的將來得以實現。

臺式X射線激光器

X射線激光器是一種高亮度、短波長相干光源并可以短脈沖方式運行的激光器，它在需要高時空分辨的微觀快過程的研究領域有著廣闊的應用前景。臺式X射線激光器的前景一直吸引著化學家和生物學家的注意.這樣的臺式X射線激光器可以揭示細胞內部活動的秘密或使研究者更好地了解化學作用.對于核聚變專家來說,X射線激光器可提供更好的加熱等離子體的方法。

相干光源系統(tǒng)

在光纖通信中，必須要用相干光來載送信號的載波。在光學上，相干光是指“在時間或空間的任意點上，特別是在垂直于光的傳播方向的平面上的一個區(qū)域內，或在空間的一個特定點的所有時間里，光的所有參數都可以預測并相關的光”。