强场激光物理及相关新前沿新方向是国际上现代物理学乃至现代科学中非常重要的前沿学科领域，不仅有重大的科学意义，而且在国家战略高技术与交叉学科领域中也有重要的推动作用。实验室主要从事激光物理，特别是强场激光物理及相关新前沿新方向的开拓研究，包括：新一代超强超短激光源物理与技术；强场超快极端条件激光物理的实验与理论；超强超短激光与物质的相互作用；量子相干操控原子与电子、强场高能量密度物理等新前沿新方向开拓；基于强场超快条件的超短波长相干辐射、激光核聚变等战略高技术的科学基础；相关探测新技术新方法及在材料、生命和信息科学中的交叉应用基础等研究。

实验室在以下研究方面取得系列重大进展：在超强超短激光的持续创新发展方面取得突破性进展，发明寄生振荡抑制等多项技术，研制成功世界最高峰值功率的飞秒拍瓦级超强超快钛宝石激光系统，被“Nature Photonics”杂志专栏报道。利用该装置在台式化激光核聚变等研究中取得国际领先水平重大实验成果；强场超快物理研究取得有重要国际影响的系统性原创成果，如周期量级超快强场极端条件的创立与时空新特性的发现、周期与亚周期时间尺度量子相干控制及阿秒相干辐射新机制的发现等，为国际极端非线性光学等新领域的开拓与发展作出中国学者的重要贡献；此外，还在可调谐中红外新波段强场相互作用新物理、新效应前沿研究领域的开拓探索中取得重要原创性发现，并提出了相对论性超强激光场中高能电子与质子加速的新方案与新机制等。在包括国际顶尖物理学期刊Physical Review Letters等杂志上发表了一批高质量的论文，已得到广泛引用与高度评价，产生重要国际学术影响，并获得一批发明专利。