近日，我院万阳教授与以色列魏茨曼科学研究所合作团队在激光等离子体新型粒子加速研究方面取得重要进展，相关研究成果以“Real-time visualization of the laser-plasma wakefield dynamics”为题发表在《Science Advances》。万阳教授为文章的第一作者和通讯作者，郑州大学物理学院为通讯单位。

2018年诺贝尔物理学奖授予了超短超强激光脉冲技术，其代表性应用之一即是基于超强激光与等离子体相互作用的新型粒子加速器技术，即激光尾波加速。该技术的概念最早由Tajima和Dawson在1979年提出，其基本机理是利用超短超强激光脉冲在等离子体中激发尾波场用于加速带电粒子。由于等离子体没有击穿风险，这种尾波结构具有超过传统射频加速器千倍以上的加速梯度，可以极大地缩小加速器装置的规模和成本，因此被普遍认为是代表未来加速器发展方向的革命性技术。

激光尾波场结构的细微变化会直接影响被加速电子束的束流品质，进而制约其下游应用，因此发展针对尾场结构以及尾场加速电子束的在线诊断手段非常必要。但是因为其尺寸微小（只有数十微米以内）且接近光速运动，测量难度很大。在该工作中，万阳教授和合作者们采用了一种新型诊断方式对尾场演化的动态结构进行高清成像，称为超快电子显微成像技术。该技术利用激光尾波加速产生的高能飞秒电子束作为探针，横向穿过待诊断尾波场结构，被其偏转后即在下游适当位置产生清晰的尾场图像。通过该技术，他们在国际上率先实现针对激光尾波场全过程演化的实时记录，涉及到激光自聚焦、尾场非线性增长、电子束注入、以及激光驱动尾场转换为束流驱动尾场等多个重要物理过程。

这项工作证实了超快电子显微成像技术在等离子体尾场精细测量方面巨大的应用价值，对于深入理解激光尾波加速关键物理机制以及实时提升束流品质具有重要意义。

图1.针对等离子体尾场不同传播位置处的实时成像：（A）等离子体靶沿传播方向的密度分布；（B1-B10）在（A）对应位置处的等离子体尾场结构图像，其中白色箭头为尾场传播方向。

全文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj3595