激光尾场加速(LWFA)由T.Tajima和J.Dawson发明，利用高强度激光脉冲的功率来驱动等离子体波，其加速度梯度比传统的基于射频的加速器高出几个数量级。

将激光脉冲视为子弹，质动力会在等离子体中感应出周期性波，类似于射频腔。被困在这种波中的电子可以在一厘米内达到GeV的能量，比传统加速器短一千倍。LWFA电子束的飞秒持续时间为超快研究提供了前所未有的机会。

在过去的二十年中，LWFA在最大能量、能量扩散、电荷和重复率方面取得了显着的进步。

凭借其高加速梯度和产生高亮度电子束的能力，LWFA在高能物理、X射线泵浦探针研究和时间分辨剂量测定中具有巨大的应用潜力。三维(3D)密度是分别影响对撞机光度、二次X射线源亮度和辐射峰值剂量率的关键参数。

特别是，桌面X射线自由电子激光器(XFEL)与波荡器中的激光过程有着复杂的联系。然而，到目前为止，由于缺乏诊断方法，实验测量仍然难以实现。虽然横向或相对纵向分布已单独研究，但绝对3D密度分布尚未完全表征。

在《光：科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，由日本关西光子科学研究所(KPSI)和国家量子科学技术研究院(QST)的MasakiKando博士领导的科学家团队、TomonaoHosokai教授日本大阪大学SANKEN及其同事在LWFA电子束团3D密度剖面的单次监测方面取得了突破。

通过对光跃迁辐射(OTR)成像、电光(EO)空间解码和遗传算法(GA)的实验和数值研究，成功重建了LWFA超快电子束团的详细3D结构，照亮了复杂的光束电子束的动力学。

研究结果显示电子束的横向尺寸小于30微米，显示了OTR成像技术所实现的卓越分辨率。此外，电流分布呈现出复杂的多峰形状，亚10飞秒结构的峰值电流超过1千安(kA)，这证明了激光尾场加速的卓越性能。

特别重要的是观察到的峰值3D数密度约为9×1021m-3，为加速电子束团提供了宝贵的见解。这一检测表明，可以在光束传输线的任何位置安装检测器，从而为加速器科学及其他领域的未来应用开辟新的途径。

QST高级研究员、该论文的主要作者KaiHuang博士表示：“测量电子束三维密度分布的能力将增强我们对LWFA的理解，并释放其在各种应用中的全部潜力。”

“本文提出的结果和方法对一系列学科具有深远的影响，包括加速器物理、高功率激光器和太赫兹光学。”

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