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 Masaki Kando 博士领导的科学家团队、Tomonao Hosokai 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 × 10 21 m -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 Kai Huang 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。”
