超快强激光和等离子体镜面作用虽如同光在镜面上的反射，但整个过程却相当复杂，涉及超快科学、辐射物理直到高能量密度物理等诸多学科方向。当超快强激光辐照到等离子体镜面时，部分电子会被加速并离开界面和反射激光作用。一般而言，在强激光“有质动力”作用下，在远场会形成圆环状分布。2012年，田野等人在对该过程的实验研究中发现高对比度强激光作用下电子束斑在空间上呈现反对称分布，这打破了“有质动力”的基本规律，该机制被命名为激光锁相电子发射机制，即锁相机制。该机制指出电子发射窗口位于反射光电场相位翻转的节点，并打破Lawson-Woodward判据，可破解激光直接电子加速这个历史难题。此后，法国的科研小组采用该原理实验上首次验证了真空中激光对电子直接加速。
“锁相机制”指出电子发射窗口为百阿秒级尺度，实验上观测到三类电子分布可用于分析电子的阿秒动力学。如图1（b）所示，激光前沿上的电子（I区）受到激光有质动力的作用形成图1（a）中环状电子分布；而处在激光峰值附近的电子（II区）由于真空直接加速形成亮斑电子；处在激光尾沿处的电子（III区），激光相对较弱，不同时刻的电子被投影到不同的空间角度上形成条纹电子分布，基于此，可以建立反演算法探测电子的阿秒动力学，实验证实单电子脉宽~260 as。
图1 阿秒电子脉冲宽度测量实验光路示意图
电子从等离子体镜面发射过程中伴随着电磁辐射如太赫兹的产生。在激光固体等离子体太赫兹源中，太赫兹产生机制包括渡越辐射以及瞬态电流模型等，但在本文作者开展的超快强激光和微丝波导互作用实验中发现电子向太赫兹能量转化率超过10%，这很难通过渡越辐射解释。超快强激光会在金属丝波导上“触发”表面等离激元（Surface Plasmon Polariton, SPP）和强流电子等，揭示其在波导表面互作用过程是解决该辐射机理的关键。因此，本文作者采用了如图2所示的实验方案：超快激光在微丝表面同时激发沿金属丝传输的电子和种子SPP，在传输过程中电子被减速并将能量转移到SPP中实现SPP的放大，实验发现这个过程增益曲线和自由电子激光类似。该研究指明了采用新型材料可以实现新型准粒子光源。
图2 表面等离子激元相干放大实验示意图
采用强激光和固体靶相互作用，可基于Weibel不稳定性在等离子体内部产生自组织强磁场。Weibel不稳定性和天体物理中无碰撞击波产生以及伽马暴密切相关，国际国内多个课题组已在NIF、OMEGA和神光等激光装置上开展了无碰撞击波实验，观测到无碰撞击波的随机加速过程。本文作者通过飞秒强激光和等离子体镜面作用激发了千特斯拉级超强磁场（图3）。
图3 强磁场产生实验光路图
可见，飞秒强激光可以创造高能量密度状态。随着大型激光装置在世界各地的建立，它们将为强场超快科学研究提供重要的研究手段，并为强激光科学提供新的研究舞台。
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