极端超短超强激光脉冲的诞生将光与物质的相互作用推进到由辐射阻尼效应和量子电动力学（QED）效应占主导的高度非线性物理范畴。强场QED效应蕴含了丰富的物理过程包括辐射阻尼、高能伽马辐射、正负电子对产生、QED级联、真空极化等，是高能量密度物理和强场物理研究领域的前沿热点。QED级联是解释致密天体辐射和伽马射线暴形成的重要物理机制，其产生的稠密正电子源在高能物理、材料无损探测、癌症诊断等领域亦有重要的应用前景。介绍了QED级联过程及其理论模型，讨论了固体靶中的QED级联发展及其诱导的非线性物理效应，并回顾了固体靶中稠密正电子产生的主要研究成果。

采用紧聚焦的超强短脉冲激光与固体通道靶相互作用是获得大电量、高准直相对论电子束的一种有效方式。实验中由于激光预脉冲烧蚀靶壁产生预等离子体会膨胀、填充到真空通道中，从而导致电子束品质发生变化。采用二维PIC粒子模拟程序研究了通道靶中填充预等离子体的电子加速过程。模拟结果显示，在功率密度为5.0 $ \times {10}^{20}\;{\mathrm{W}/\mathrm{c}\mathrm{m}}^{2} $的超强短脉冲激光条件下，通道中填充一定密度的等离子体时激光场优先与低密度等离子体相互作用，激光脉冲与通道壁的相互作用减弱，电子加速机制由纵向场主导的真空电子加速转变为横向电场主导的等离子体电子加速，产生电子束具有更大的电荷量，但能量降低，发散角增大。

在超强激光辐照电容线圈靶产生强磁场实验中，在约50 ps时，线圈电流达到20 kA以上。通过该实验结果与磁场产生理论模型对比，可得出该导线电阻值比常温直流电阻高出3个量级。对导线材料电阻率与趋肤效应的分析结果表明，该电阻值在量级上是合理的。获得超快脉冲强电流条件下的导线电阻值，有助于更深入理解线圈靶产生强磁场过程。

激光离子加速是近年来激光等离子体领域兴起的研究热点之一。激光产生的高能离子束具有高亮度、小尺寸、脉宽窄和方向性好等特点，具有很多潜在的应用。概述了几种常见的激光离子加速物理机制，对一系列激光离子加速实验进展进行了归纳总结，最后介绍了几种激光驱动离子束的潜在应用。

Experimental and simulation data [Moreau et al., Plasma Phys. Control. Fusion 62, 014013 (2019); Kaymak et al., Phys. Rev. Lett. 117, 035004 (2016)] indicate that self-generated magnetic fields play an important role in enhancing the flux and energy of relativistic electrons accelerated by ultra-intense laser pulse irradiation with nanostructured arrays. A fully relativistic analytical model for the generation of the magnetic field based on electron magneto-hydrodynamic description is presented here. The analytical model shows that this self-generated magnetic field originates in the nonparallel density gradient and fast electron current at the interfaces of a nanolayered target. A general formula for the self-generated magnetic field is found, which closely agrees with the simulation scaling over the relevant intensity range. The result is beneficial to the experimental designs for the interaction of the laser pulse with the nanostructured arrays to improve laser-to-electron energy coupling and the quality of forward hot electrons.