當(dāng)光強(qiáng)大于（等于）10¹⁸瓦/厘米²時(shí)，激光與電子的相互作用進(jìn)入超相對(duì)論性強(qiáng)場(chǎng)范圍。實(shí)驗(yàn)上已首次觀察到：自由電子在真空中被加速到兆電子伏數(shù)量級(jí)的相對(duì)論能量；非線性湯姆孫散射及其所產(chǎn)生的約300飛秒、0.05納米的超快硬X射線脈沖；多光子非線性康普頓散射。尤其引人注目的是首次觀測(cè)到非彈性光子－光子散射產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì)的強(qiáng)場(chǎng)量子電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。

基于非線性湯姆孫散射與康普頓散射的X光、γ光源的產(chǎn)生與應(yīng)用，以及真空中亞周期脈寬超強(qiáng)超快激光場(chǎng)對(duì)電子的加速等，也是超快激光與自由電子相互作用研究中的熱點(diǎn)課題。此外，在超快激光與稀薄等離子體相互作用中產(chǎn)生的尾波場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，也觀察到比傳統(tǒng)的高能粒子加速器的極限加速電場(chǎng)高出三個(gè)數(shù)量級(jí)以上的超高梯度加速場(chǎng)，從而為實(shí)現(xiàn)小型化的高能粒子加速器提出了新方案。

近年來(lái)，超快激光與高溫高密度等離子體的相互作用，特別是相對(duì)論效應(yīng)引起的高度非線性新現(xiàn)象、新規(guī)律的研究，也已引起國(guó)際學(xué)術(shù)界的高度重視。雖然目前已觀測(cè)到超強(qiáng)超快激光產(chǎn)生巨大光壓，推動(dòng)臨界密度面向前移動(dòng)，從而形成等離子體通道等新現(xiàn)象，但涉及到10 ～10 瓦/厘米 數(shù)量級(jí)的超快激光與高溫高密度等離子體的相互作用，如“等離子體中鑿孔”效應(yīng)、超熱電子的產(chǎn)生、能譜控制與輸運(yùn)等基礎(chǔ)性物理問(wèn)題還有待于深入研究。顯然，超快激光與高溫高密度等離子體相互作用的研究不僅是本領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容之一，而且還有可能為激光核聚變等相關(guān)高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供基礎(chǔ)。

超快激光場(chǎng)激勵(lì)的高次諧波現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與不斷深入的研究，不僅為獲得真空紫外區(qū)(VUV)與極端紫外區(qū)(XUV）波段全相干光源提供了一種有效途徑，也為亞飛秒甚至阿秒級(jí)極端超快短波長(zhǎng)相干輻射的產(chǎn)生提出了全新的思想與方法，從而有可能突破飛秒的壁壘，為人類(lèi)創(chuàng)建極端超快的阿秒光子技術(shù)，并開(kāi)創(chuàng)出阿秒光譜學(xué)、阿秒物理學(xué)乃至阿秒科學(xué)技術(shù)的全新學(xué)科與未來(lái)高技術(shù)領(lǐng)域。

超快激光場(chǎng)中高次諧波發(fā)射研究已取得重大突破，高次諧波已進(jìn)入“水窗”波段。 當(dāng)前，產(chǎn)生亞飛秒乃至阿秒數(shù)量級(jí)極端超快相干輻射的新概念、新方法的研究，正日趨活躍。在短波長(zhǎng)X射線波段激光研究方面，現(xiàn)有的X射線激光機(jī)制無(wú)法實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)小于2納米的突破，超快激光的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)殼層躍遷等新機(jī)制的超短波長(zhǎng)相干輻射提供了可能性。目前超快激光驅(qū)動(dòng)的內(nèi)殼層光電離超短波長(zhǎng)相干輻射新機(jī)制研究也已成為本領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。

超快激光技術(shù)為交叉學(xué)科的發(fā)展提供了創(chuàng)新手段與方法。超快激光技術(shù)也為超快化學(xué)動(dòng)力學(xué)、微結(jié)構(gòu)材料科學(xué)、超快信息光子學(xué)與生命科學(xué)等前沿交叉學(xué)科的發(fā)展提供了創(chuàng)新手段與方法。例如，超快激光自身及其與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的飛秒甚至可能是亞飛秒、阿秒數(shù)量級(jí)的XUV和 X射線波段的極端超快相干光源技術(shù)，為人類(lèi)研究并應(yīng)用各種超快過(guò)程提供了強(qiáng)有力的手段，將使人類(lèi)在更深的層次上進(jìn)一步認(rèn)識(shí)微觀世界物質(zhì)內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)移和信息傳遞過(guò)程，進(jìn)而可能實(shí)現(xiàn)人工控制某些物理、化學(xué)和生物過(guò)程，促進(jìn)微結(jié)構(gòu)材料科學(xué)、超快化學(xué)動(dòng)力學(xué)等交叉學(xué)科領(lǐng)域的研究與發(fā)展，產(chǎn)生具有重大影響的突破性交叉前沿研究成果。

近年，在飛秒激光應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面的研究進(jìn)展格外引人注目。澤韋爾（A.H.Zewail）由于在發(fā)展飛秒光譜技術(shù)，并研究化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中壽命極短的過(guò)渡態(tài)方面的成就，被授予1999年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。上述進(jìn)展也為利用超快強(qiáng)激光控制化學(xué)反應(yīng)帶來(lái)了新的希望。有選擇地?cái)嗔鸦蛐纬梢恍┬》肿踊瘜W(xué)鍵已經(jīng)成功，但是對(duì)大分子復(fù)雜體系卻一直未能突破。超快強(qiáng)激光技術(shù)與近場(chǎng)光學(xué)顯微技術(shù)相結(jié)合，可以對(duì)激光與分子的相互作用進(jìn)行多維控制，這是研究“單分子物理學(xué)”或“單分子化學(xué)”的有力手段，并有可能用以對(duì)生物大分子進(jìn)行“剪裁”。

超快強(qiáng)激光在物質(zhì)微結(jié)構(gòu)的制備與超快動(dòng)力學(xué)行為的研究方面，包括超高時(shí)空光譜分辨新探測(cè)手段的開(kāi)拓與應(yīng)用也取得了顯著進(jìn)展。如光泵－超快X射線衍射探針測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于單晶的超快晶格動(dòng)力學(xué)研究已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了皮秒－毫埃的超高時(shí)空分辨率；微爆炸和微聚合已使得人們有可能用超快強(qiáng)激光得到優(yōu)于衍射極限、小于光波長(zhǎng)的材料處理精度, 在三維高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中帶來(lái)了新的應(yīng)用。最近的實(shí)驗(yàn)也已證實(shí)，利用飛秒強(qiáng)激光按微米的間隔，斷續(xù)照射含稀土元素釤微粒子的玻璃，加上多重波長(zhǎng)重疊記錄技術(shù)，記錄密度可提高到10¹⁴ 比特/厘米³等。

相對(duì)而言，超快激光科學(xué)是一門(mén)非常年輕的新學(xué)科，正處在出現(xiàn)重大突破的前夜，其重要作用與潛力遠(yuǎn)不止本文所述。展望21世紀(jì)，中國(guó)科學(xué)家可望在這一現(xiàn)代物理學(xué)乃至現(xiàn)代科學(xué)活躍的前沿領(lǐng)域中，做出重要建樹(shù)。這既是挑戰(zhàn)，更是難得的機(jī)遇。