随着激光技术的不断发展，实验中已经能够得到聚焦强度超过10²²W/cm²、单脉冲宽度小于10fs的相对论激光脉冲。最近，世界上PW激光系统还在不断刷新能量输出记录，2016年中国科学院上海光机所强场激光物理国家重点实验室得到了5.3PW的能量输出，相信在不久的将来，将会开启令人振奋的10PW时代。利用这种超强超短脉激光与等离子体作用产生高能粒子（离子或质子），成为倍受人们关注的研究热点之一。一方面，与传统的巨型高能加速器相比，利用超强激光驱动质子加速可以提供结构极为紧凑的“桌面型”加速器，具有造价低、空间小等优点。另一方面，超短脉冲强激光与等离子体作用产生的高能质子应用广泛，如质子医疗、质子照相、惯性约束核聚变快点火方案、传统加速器上的高能离子束注入等。其中，现有实验室条件下，质子照相是激光驱动产生MeV量级的质子束唯一比较成功的实际应用。在中国科学院上海光机所强场激光物理国家重点实验室升级的PW激光装置上已经可以成功产生约20MeV的质子束，利用这种高能质子束可进行质子照相应用。 

最近，中国科学院上海光机所强场激光物理国家重点实验室成功进行了优化的单级靶后鞘场（TNSA）和级联TNSA质子加速，同时成功利用高能质子束对蜻蜓进行了静态成像，第一次通过缩小物距实现了蜻蜓的清晰成像。获得了蜻蜓的等比例整体成像，同时分辨率达到微米量级。质子束完成了对蜻蜓头部、翅膀、脚、尾巴、甚至其内部结构的细节成像。实验结果证明：多次散射可以引起成像模糊，而通过将蜻蜓样本紧贴在RCF胶片的方式，可以克服成像模糊，并能同时提高成像的分辨率。此项研究不仅有助于物理动力学分析研究，在医学癌症细胞的早期特征探测方面也有重要应用。最后，作为目前探测等离子体动力学过程的唯一手段，我们也成功完成了热电子在在靶内输运的过程的动态成像，为理解激光等离子相互作用过程提供了必要的探测方法。