透過雷射激發出質子加速具有重要的工程與醫學應用前景、以及重大的科學內涵，例如：癌症治療、核融合點燃、基本粒子研究、高能物理研究、與天體物理學研究等. 此外雷射電漿加速器裝置相對傳統加速器更加小型化，甚至可以製作為桌上型裝置。雷射驅動離子加速過程是利用高能雷射轟擊固態靶材，使靶材前端產生庫倫爆炸，瞬間升溫到游離狀態而電漿化，電漿雲中游離的熱電子群受到雷射電磁波的有質動力的推擠與驅動，穿越靶材而從後端出去並形成一層熱電子層(電漿鞘)，熱電子群的聚集同時誘發強大靜電場，拉動游離的質子群同步前進，並將質子群加速到數仟萬電子伏特的高能量，透過電漿鞘可激發出靶材法線方向的強力靜電場將質子群加速到非常高的能量。雷射在轟擊靶材之後，游離的熱電子群遠離靶材並形成弧形的熱電子層，同時產生的電場可將質子群同步拖曳前進，但是所產生的電場其強度在非常短的距離內就已經快速衰減，因此靶材的厚度必須盡可能的薄化，以增加對質子群的加速效率，但是當靶材厚度小到某個程度時，反而無法承受來自高能雷射的前驅脈衝雷射的轟擊。當使用雷射來加速離子時，由於高能雷射皆採用脈衝雷射實施，主脈衝激發前會先產生一段前驅脈衝，前驅脈衝的強度雖然比主脈衝略低，但其脈衝寬度對比於主脈衝相對冗長，故前驅脈衝產生的總能量功率，甚至比主脈衝大數十倍，加上前驅脈衝對靶材產生加熱效應，因此薄靶材根本無法承受前驅脈衝的轟擊，在主脈衝抵達前就已經損毀無法使用，較厚的靶材雖然可耐受前驅脈衝，但其厚度將降低整體的離子加速效率。因此有必要開發並製作出一種超薄的固態靶材，可以耐受前驅脈衝的轟擊不致損壞，但又能接受前驅脈衝的激發而達到最大程度的游離，激發出更多離子、甚至是如金或鉑等重離子，當主脈衝抵達時可形成雷射尾波場並成功加速目標離子；我們發明離子產生複合靶材以及使用其之雷射驅動離子加速裝置，克服上述缺點。我們提出一種以石墨烯薄膜與基板共同作為複合靶材、以及一種以石墨烯薄膜作為支架承載由任意材料形成之薄膜的複合靶材。本案發明解決先前技術中產生碳離子時，碳系材料雖然很容易製作成很薄的靶材，但也因此太容易遭到前驅脈衝破壞的問題，本發明之複合靶材可以耐受前驅脈衝的轟擊，並能釋放出大量的各種離子。

利用化學氣相沉積成長之石墨烯所製備的懸浮靶材樣本作為承載基底,鍍上各種奈米材料做成複合靶材並以高功率強場雷射照射靶材,產生高密度電漿後經由電子擴散加速離子.證實皮秒高對比的雷射可以產生適合作為慣性核融合點火之用超高游離態高能量重離子,而飛秒超高強度的雷射可以產生超過GeV的碳離子做為癌症醫療之用.

利用化學氣相沉積成長之石墨烯所製備的懸浮靶材樣本作為承載基底,鍍上各種奈米材料做成複合靶材並以高功率強場雷射照射靶材,產生高密度電漿後經由電子擴散加速離子.證實皮秒高對比的雷射可以產生適合作為慣性核融合點火之用超高游離態高能量重離子,而飛秒超高強度的雷射可以產生超過GeV的碳離子做為癌症醫療之用.