The plasma mirror system was installed on the 1 PW laser beamline of Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility (SULF) for enhancing the temporal contrast of the laser pulse. About 2 orders of magnitude improvement on pulse contrast was measured on picosecond and nanosecond time scales. The experiments show that high-contrast laser pulses can significantly improve the cutoff energy and quantity of proton beams. Then different target distributions are assumed in particles in cell simulations, which can qualitatively assume the expansion of nanometer-scale foil. The high-contrast laser enables the SULF-1PW beamline to generally be of benefit for many potential applications.

人类在实验室可实现的激光强度极限是强场量子电动力学（QED）的重要问题。在非理想真空条件下，极端超强激光与残留的电子相互作用触发伽马光子辐射与正负电子对产生的QED级联效应，从而显著消耗激光能量，大幅降低可实现的激光峰值强度。考虑到QED级联效应与激光偏振、焦斑尺寸、脉宽长度有着密切的关系，基于囊括QED过程的粒子网格模拟方法（Particle-in-cell, PIC）对上述参数的效应进行分析，同时构建了激光场演化的自洽方程来进行解释，二者结果基本保持一致，获得的强度极限在考虑的参数范围内为10²⁶～10²⁷ W/cm⁻²。结果表明，同等情形下，圆偏振激光可激发更强的QED级联，使得激光强度上限略低于线偏振。此外，紧聚焦激光由于QED级联发生的时空间尺度更小，从而激光的吸收效应被显著抑制，进而可以实现更强的聚焦强度。对于更长脉宽的激光，由于正负电子对吸收的能量区域更加弥散，使得可实现的激光强度上限阈值有所提升。但对于超短脉宽情形（如单周期），由于QED级联的种子源电子束不能很好地被约束在激光区域，理论分析耗散的激光能量偏高。此外，在高真空度的情形下，残余电子的随机性也会对可实现激光强度产生一定的影响。研究结果可为后续开展极端强场QED实验和数100 PW级超强超短激光装置建设提供指导。

超快超强激光可以在实验室创造出超快时间、超强电场、超强磁场、超高温度及超高压力等多种极端物理实验条件，是当前拓展人类对物质世界认知最强有力的工具之一。在超快超强激光的发展过程中，飞秒四波混频过程在多个方面都发挥着非常重要的作用。本文介绍了飞秒四波混频过程在超快超强激光中近年来的一些进展和应用，系统总结了近年来利用级联四波混频、自衍射效应、瞬态光栅效应、四波光参量放大，以及交叉偏振波产生等飞秒四波混频过程，在宽带高对比度种子激光产生，新颖同心多色涡旋/径向偏振飞秒超快光源构建，“四阶相关仪”等脉冲对比度单发测量仪研制，以及脉冲形状宽度单发测量仪研制等方面的成果与进展。未来，飞秒四波混频过程还可拓展到太赫兹和极紫外等波段，继续为超快超强激光技术的发展做出重要贡献。

激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束，为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展，电子束的品质难以达到自由电子激光的需求，尤其在稳定性、发散角和能散等方面，阻碍了台式化自由电子激光的研制。介绍了基于激光等离子体加速器的自由电子激光的最新进展，整理了目前高增益自由电子激光实验过程中存在的主要挑战和对应的解决方案与实验进展，并展望未来的发展方向。最近的研究结果证明，通过控制和优化激光等离子体加速器的注入和加速过程产生的高品质电子束可以在指数增益区域实现自发辐射放大，产生高增益的辐射，这也推动基于激光等离子体加速器的自由电子激光研究进入了一个新的阶段。