Abstract This review encompasses ultrafast laser interaction with matter in a broad range of intensities ~10 10 –10 15 W/cm 2 . We consider the material transformation processes successively with increase of the absorbed laser intensity. We start with the subtle atomic displacements and excitation of phonons, and further analyze the phase transitions, ablation, transformation into plasma, and interaction of laser radiation with plasma up to the relativistic limit. The laser pulse is considered as of ultra-short duration if it is shorter the time scale of major energy relaxation processes such as the electron-to-lattice energy transfer, heat diffusion, and hydrodynamic motion. We describe the material response from the first principles, aiming to establish analytical scaling relations, which link the laser pulse characteristics with the properties of the material. Special section is dedicated to the possibility of creating super-high pressure and temperature with an ultrashort tabletop laser. The influence of the laser polarisation on the material ionisation is discussed. We consider theoretical and experimental aspects of a newly emerging topic of interaction of the ultrashort vortex beams and sculptured beams possessing complicated spatial and temporal distribution of intensity, polarisation, and the geometrical Berry-phase with matter. In conclusion, we discuss future directions related to the lasers and diagnostic tools on the attosecond time scale and with the photons energy in the x-ray range.

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超短激光与物质相互作用的物理学：从声子激发到最终转变

摘要 本综述涵盖了超快激光与物质在广泛的强度范围内~10 10 –10 15 W/cm 2 的相互作用。我们考虑了随着吸收激光强度的增加而连续的材料转变过程。我们从细微的原子位移和声子激发开始，并进一步分析相变、烧蚀、转变为等离子体以及激光辐射与等离子体的相互作用，直至达到相对论极限。如果激光脉冲比主要能量弛豫过程（如电子到晶格的能量转移、热扩散和流体动力运动）的时间尺度更短，则认为激光脉冲具有超短持续时间。我们从第一性原理描述物质响应，旨在建立分析尺度关系，将激光脉冲特性与材料特性联系起来。特别部分致力于使用超短桌面激光器产生超高压和高温的可能性。讨论了激光偏振对材料电离的影响。我们考虑了超短涡旋光束和雕刻光束相互作用的新主题的理论和实验方面，这些光束具有强度、偏振和几何浆果相与物质的复杂空间和时间分布。总之，我们讨论了与阿秒时间尺度上的激光和诊断工具以及 X 射线范围内的光子能量相关的未来方向。特别部分致力于使用超短桌面激光器产生超高压和高温的可能性。讨论了激光偏振对材料电离的影响。我们考虑了超短涡旋光束和雕刻光束相互作用的新主题的理论和实验方面，这些光束具有强度、偏振和几何浆果相与物质的复杂空间和时间分布。总之，我们讨论了与阿秒时间尺度上的激光和诊断工具以及 X 射线范围内的光子能量相关的未来方向。特别部分致力于使用超短桌面激光器产生超高压和高温的可能性。讨论了激光偏振对材料电离的影响。我们考虑了超短涡旋光束和雕刻光束相互作用的新主题的理论和实验方面，这些光束具有强度、偏振和几何浆果相与物质的复杂空间和时间分布。总之，我们讨论了与阿秒时间尺度上的激光和诊断工具以及 X 射线范围内的光子能量相关的未来方向。我们考虑了超短涡旋光束和雕刻光束相互作用的新主题的理论和实验方面，这些光束具有强度、偏振和几何浆果相与物质的复杂空间和时间分布。总之，我们讨论了与阿秒时间尺度上的激光和诊断工具以及 X 射线范围内的光子能量相关的未来方向。我们考虑了超短涡旋光束和雕刻光束相互作用的新主题的理论和实验方面，这些光束具有强度、偏振和几何浆果相与物质的复杂空间和时间分布。总之，我们讨论了与阿秒时间尺度上的激光和诊断工具以及 X 射线范围内的光子能量相关的未来方向。