Από την εστίαση της υπερ-ισχυρής δέσμης λέιζερ που διαθέτει το IPPL σε στερεούς ή αέριους στόχους, υπό συνθήκες υψηλού κενού, επιτυγχάνεται η επιτάχυνση πρωτονίων/ιόντων και ηλεκτρονίων, δημιουργώντας δέσμες ενεργητικών σωματιδίων που θα απαιτούσαν εγκαταστάσεις κύκλοτρου τεραστίων διαστάσεων και υπέρογκου κόστους για την κατασκευή και λειτουργίας τους. Οι δέσμες σωματιδίων αξιοποιούνται σε διάφορους τομείς έρευνας και εφαρμογών. Ιδιαίτερα σημαντική είναι η μελέτη εφαρμογή τους στη βιο-ιατρική, ενώ πολλές είναι και οι τεχνολογικές εφαρμογές, όπως η ακτινοβόληση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται στη διαστημική τεχνολογία για την μελέτη συμπεριφοράς τους σε δόσεις ακτινοβολίας. Επιπλέον, υπό κατάλληλες συνθήκες, η αλληλεπίδραση ισχυρών στενών παλμών λέιζερ με αέριο στόχο μπορεί να οδηγήσει είτε στη δημιουργία σύμφωνου φωτός πολλαπλάσιας συχνότητας της δέσμης λέιζερ,  είτε στην παραγωγή φωτονικής ακτινοβολίας betatron  που αποτελεί πεδίο έρευνας αιχμής και καινοτόμων εφαρμογών όπως, μεταξύ άλλων, η δυνατότητα υψηλής χωροχρονικής ευκρίνειας απεικόνισης της δομής της ύλης, που αναπτύσσεται στο Ινστιτούτο. Συστηματική έρευνα διεξάγεται στο IPPL για την δυναμική εξέλιξη κατά την αλληλεπίδραση ισχυρών παλμών λέιζερ με στερεούς στόχους, μελετώντας όλα τα στάδια αυτής, από την αρχική στερεά κατάσταση της ύλης έως την κατάσταση πλάσματος. Η έρευνα αυτή αποτελεί ένα σημαντικό  ζητούμενο στην διεθνή προσπάθεια για την παραγωγή ενέργειας από σύντηξη με ισχυρές δέσμες λέιζερ, όπου η ανάπτυξη ασταθειών πλάσματος περιορίζει την ενεργειακή απόδοση. Το IPPL συμμετέχει για το σκοπό αυτό στα δίκτυα έρευνας HiPER  και Eurofusion.  Επιπλέον των ανωτέρω, στο IPPL έχουν αναπτυχθεί διατάξεις παραγωγής και ανίχνευσης ηχητικών κυμάτων υψηλής συχνότητας μέσω της αλληλεπίδρασης  παλμών λέιζερ μικρής χρονικής διάρκειας με επιφάνειες υλικών με εφαρμογές στη νανοτεχνολογία για τον έλεγχο των ελαστομηχανικών χαρακτηριστικών απλών και σύνθετων υλικών.

Υλοποιούνται

• Αλληλεπίδραση laser υψηλής ισχύος με ύλη/ πλάσμα και τεχνολογία

          Επιτάχυνση σωματιδίων υψηλής ενέργειας και μεταφορά πλάσματος

          Πηγές ακτίνων Χ και ακτίνων γ

          Εφαρμογές δευτερογενών πηγών ακτινοβολίας στην επιστήμη των υλικών και στις βιοεπιστήμες

• Υπερταχέα αλληλεπίδραση laser με ύλη/ πλάσμα και τεχνολογία          

          Νανοακουστικά κύματα GHz και THz

          Σύμφωνες XUV πηγές υψηλών αρμονικών

          Εφαρμογές απεικόνισης νανο-κλίμακας

•  Οπτική τεχνολογία και εφαρμογές         

           Τομογραφία λευκού φωτός

           Διαγνωστικά οπτικής ανίχνευσης λέιζερ

           Δυναμική συμβολομετρία με λέιζερ πλήρους πεδίου

           Electronic Speckle Pattern Συμβολομετρία

          Ηχητικά ακουστικά κύματα που δημιουργούνται και ανιχνεύονται από λέιζερ

          Μέτρηση δονήσεων με λέιζερ και ανάλυση ιδιοσυχνοτήτων