为降低干涉带来的影响, 将一种随机位相分布引入菲涅耳透镜阵列, 对阵列中每一个菲涅耳透镜施加0或π的二值化位相变化, 打乱阵列位相的周期性排布, 减少微透镜后多光束在匀化面干涉带来的影响.通过数值计算对激光束的匀化过程进行了模拟, 设计的菲涅耳透镜口径为0.5 mm, 焦距为6 mm, 阵列数目为20×20, 光斑整体均匀度达到90%, 光束能量利用率达到96%.利用设计和制备的16台阶随机位相型菲涅耳透镜阵列对1 064 nm波长的激光光束进行匀化, 均匀度为83%, 光束能量利用率为89%.研究结果表明, 通过引入随机位相可有效减少干涉带来的影响, 提高微透镜阵列对单模高斯光束的匀束效果.

提出一种基于掠入射微柱面反射镜阵列的X射线成像型平响应低通滤波技术。根据X射线光学理论，介绍了基于微柱面反射镜阵列的平响应低通滤波原理，分析了元件透射谱的计算方法。基于电子束刻蚀技术在聚酰亚胺衬底上制作了金柱体直径200 nm、深度1.3 μm、占空比0.393的微柱面镜阵列样品，根据理论计算在2°掠射角时其截止能量为1250 eV，响应不平整度为5.7%。利用转角精度优于0.1°的三维精密转角机构，在北京同步辐射装置的4B7B软X射线束线站标定样品在不同掠入射角下的透射率，得到初步标定结果。标定结果显示，在1 keV以上的不同能点各曲线均有下降趋势，且角度越大下降能点越偏软，说明掠射角的增大对较高能的X射线具有明显抑制效果。由于电子束刻蚀的技术局限性，样品的深宽比、侧壁垂直度、侧壁粗糙度等参数并未达到理论要求，所以标定结果与理论计算值有一定差异。

设计了一种错位双光栅色散元件,与条纹相机耦合实现了0.1~5 keV范围X射线时间分辨谱的测量.该色散元件由2 000 lp/mm和5 000 lp/mm两块子光栅在空间错位排布而成,低密度光栅测量低能段软X射线(100~1 000 eV),高密度光栅测量中能段软X射线(1 000~5 000 eV),通过空间错位实现能谱拼接.在同步辐射源上使用单色能点对其进行标定,获得了错位双光栅衍射效率的实验结果.根据光栅的结构特性,结合标定结果与严格耦合波分析理论,计算得到了100~5 000 eV能区光栅的绝对衍射效率曲线,并给出了错位双光栅的解谱方法.该错位双光栅能够有效提升透射光栅谱仪的性能,为高温等离子体诊断提供宽谱X射线时间分辨谱定量测量.

高线密度X光透射光栅是各种高分辨光栅摄谱仪的核心色散元件，为了获得较高的光谱分辨率,工作在2~5 keV能区的光谱仪需要使用5000 l/mm的X射线透射光栅。为了获得光栅的绝对衍射效率，采用同步辐射光在多个能点对5000 l/mm的X光透射光栅进行衍射效率实验标定，通过光栅相对衍射效率拟合获得了光栅结构参数，与光栅结构测量结果非常接近。然后，采用衍射效率的矩形栅线模型，计算得到了光栅的绝对衍射效率。

提出了一种计算螺旋型波带片聚焦特性的方法。从衍射积分理论出发对螺旋型波带片的聚集特性进行了理论计算，推导出了级数形式的解析解，获得了螺旋型波带片“空心”焦点的场强分布。利用螺旋型波带片的聚焦特性，对其成像进行了数值模拟和理论分析。理论分析表明螺旋型波带片的空间分辨率与其“空心”焦点的环宽有关。通过验证实验证明理论分析与实验测试一致，为螺旋型波带片成像理论和模拟计算提供了一种有效手段。

微纳光学结构制备技术一直是微纳光子学器件发展的技术瓶颈。针对微纳光学结构制备技术向小尺寸、高精度和广泛应用发展的趋势，报道了基于电子束、X射线和接近式光学的混合光刻制作微纳金属光学结构技术。针对微纳光子学器件复杂图形开发了微光刻数据处理体系，基于矢量扫描电子束光刻设备在自支撑薄膜上进行1×高分辨率图形形成，利用X射线光刻进行高高宽比微纳图形复制，再利用低成本接近式光学光刻技术进行金属加强筋制作。还报道了自支撑X射线金光栅衍射效率和抗振测试结果。

为了提高对等离子体内界面区域的诊断精度，研究了利用螺旋型波带片实现边缘增强成像的技术。制作了用于可见光波段的一阶螺旋型波带片，最外环宽度3 μm。利用螺旋型波带片对振幅式物体进行了边缘增强成像，实验获得了成像物体内边界区域的清晰图像，界面区域的成像强度得到很大增强。通过实验测量发现，当物距在菲涅耳衍射区域内时，螺旋型波带片也能够获取较好的成像质量，表明螺旋型波带片具有较大的视场角，能够对大尺度物体进行边缘成像。基于螺旋型波带片的边缘增强成像可以弥补传统成像方式对界面区域成像的不足，提高对等离子体内界面区域的诊断能力。

为了实现极紫外透射光栅光谱仪在近地空间的应用，针对其核心色散元件2 000 线/毫米X/EUV 透射光栅，本文采用有限元方法建立了机械模型并对其热学性能和耦合特性进行计算机模拟计算，通过模拟热膨胀系数不同的材料构成的薄膜光栅在近地空间受到太阳辐照后的温度场，得到该光栅表面的热形变分布。结果表明，在高真空热环境下，该透射光栅表面形变量平均可达0.56 μm，而影响光栅周期的纵向形变平均值则为71.5 nm。由于热形变会对光栅衍射效率产生重要影响并导致光谱仪精度和性能的下降，利用有限元分析模拟的结果，进一步优化光栅的封装和设计制作，使其栅线处纵向热形变趋近于零，为2 000 线/毫米X/EUV 透射光栅在太阳极紫外辐射探测器上得到应用提供了科学依据和有效支持。

针对X射线透射光栅摄谱仪中对高线密度聚焦变栅距光栅的需要,利用电子束光刻技术,研制了X射线透射变栅距光栅。利用变栅距光栅的自动生成宏文件程序,优化设计了变栅距光栅的版图,然后利用电子束光刻和微电镀技术在聚酰亚胺薄膜底衬上制备了X射线透射变栅距光栅。制作出中心线数为2000 lp/mm X射线透射变栅距光栅,栅距变化符合设计要求。衍射效率标定的结果表明,制备的变栅距光栅在中心波长处聚焦作用明显,可以大幅提高衍射光强度和光栅的分辨本领,具有重要的应用价值。

研制的透射光栅谱仪配备了高线密度金透射光栅作为分光元件,使用X光CCD记录时间积分光谱图像。在谱仪结构中引入了两个相互垂直的狭缝,一个用于实现光谱图像的1维空间分辨;另一个与光栅相配合后具有准直入射X光的作用,用来提高谱仪的分辨力。使用该谱仪对“阳”加速器Z箍缩实验的X光辐射进行了测量。当使用铝丝阵作为负载时,测得了铝的K壳层辐射和类锂离子的线谱辐射,并且通过将光谱图像与X光针孔相机的测量结果相比较,观察到了“热点”区域放出的较强的K壳层辐射。