超短超强激光技术的发展给新型的粒子加速提供了可能，激光与等离子相互作用来驱动粒子具有传统加速器不具有的很多优势，如加速梯度高、脉冲短、亮度高、方向性好等特点。自上世纪七八十年代以来，全世界很多实验室都在进行着激光驱动电子和离子加速的研究，近年来电子加速在实验上取得了很大的进展，获得了发散度小、单能性好、能量高于GeV的电子束，但离子加速由于其质量远远大于电子具有更大的难度，目前正处于关键的实验探索阶段。正因为如此，在激光离子加速中需要应用的各种诊断仪器的研究至关重要。本论文讲述激光离子加速中用于在线能谱测量的汤姆森离子能谱仪的设计与研究，以及它在激光离子加速中的应用。　　本研究分为六个部分：第一章，绪论。主要介绍激光离子加速的总体背景，为读者了解这一个领域提供一个简单的渠道，共分为三部分，分别包括激光技术的发展、激光与等离子体作用过程中激光能量的转化机制、激光离子的加速机制。第二章，激光离子加速中能谱的测量方法。我们介绍了五种常用的测量介质，详细叙述了它们如何用于激光离子加速的能谱测量，在这里也同时反映了汤姆森离子能谱仪在离子探测中具有的关键作用。另外，根据几种探测介质的比较，我们说明了选择塑料闪烁体作为我们未来汤姆森谱仪中能谱探测介质的原因。第三章，汤姆森能谱仪介绍。首先通过讲述几种结构的汤姆森谱仪来综合分析各种汤姆森谱仪的结构设计区别，以及他们各自的优缺点，并针对此讲述我们谱仪设计的出发点。然后，我们还讲述了汤姆森谱仪除了通常的能谱测量外的其它几种应用，使读者更加全面地了解汤姆森谱仪。第四章，用于激光等离子体的汤姆森谱仪设计研究。这是本文的主要部分，首先从理论分析的角度分析了我们的谱仪设计，然后从电磁场、闪烁体、EMCCD等方面对谱仪设计的详细过程进行了全面的分析。第五章，离子谱仪的标定实验。讲述我们谱仪的能谱标定过程以及结果，主要是离子能量的标定以及闪烁体发光计数的标定，通过这个标定实验我们验证了谱仪能量测量的准确性以及为能谱的强度测量提供了数据。第六章，总结。详细说明了谱仪在使用中各种考虑，并总体评估了谱仪的探测性能，以及为未来汤姆森谱仪的发展做了一个展望。