基于飞秒激光等离子体产生的超快硬X射线在物质的动态探测、医学及生物体成像方面有很多重要的应用。但是现有技术产生的这种X射线源存在转换效率较低、成像信噪比差、时间尺度较大（皮秒量级）等不足。

我们发现使用高对比度激光所产生的硬X射线源可以突破上述瓶颈。在该情况下，超热电子的加热机制主要为“真空加热”，可使X射线的转换效率增大到4 ×10-4。为了进一步克服激光与固体相互作用中作用体积的限制，获得更强的X射线源，我们利用功率密度为1017-1018 W/cm2的激光脉冲辐照Ar团簇。从获得的光谱中观察到高信噪比的K壳层特征X射线发射。我们发现强的K壳层X射线产生与激光在Ar团簇中的通道密切相关，经优化得到光子产额为2.5×1011phs/J，其峰值亮度可达1.2×1022phs/s/mm2/mrad2/0.1%BW。使用这种高亮度的X射线源我们获得了生物体的单发成像。同时证明该X射线的脉冲时间宽度可以短至10fs。

为了得到高准直性的光子束，我们利用激光等离子体尾波场电子加速产生了具有空间相干性的Betatron辐射。利用物理所3 TW的激光器与团簇相互作用获得高亮度的Betraron信号，测量得到X射线的光子能量大于2.4 keV，光子产额高达2×108 phs/发，将这种X射线的转换效率提高了一个量级。最近，我们利用美国LLNL实验室100 TW的Callisto激光装置，首次同时获得了高品质的电子束和X射线辐射，电子束的最大能量可以达到1.4 GeV，准单能束团具有很小的能散度，同时在实验中得到了高亮度的Betatron辐射。我们提出了一种理论模型成功地再现了实验中高品质电子和Betatron辐射同时获得的现象，具有很大的应用价值。