针对皮秒脉冲激光产生的X射线能谱精密诊断需求，提出了一种晶体谱仪，该谱仪使用曲率为200 mm的透射式石英弯晶作为色散元件，测谱范围可覆盖8～60 keV。使用该谱仪在星光III和神光II升级装置进行了应用，成功获得了铜、钼、银等元素的特征线能谱，以及金的L壳层特征线，测量获得的能谱信噪比较高，显示了谱仪在测量皮秒激光产生的X射线能谱上的良好性能。

为了在百kJ高功率激光装置上建立D³He质子照相平台，采用一维辐射流体程序Helios-CR对D³He爆推靶质子产生进行了模拟，综合考虑多种因素给出在百千焦高功率激光装置上开展质子照相所需要的激光和靶球建议参数。结合激光装置现有条件，分析了在10¹⁵ W/cm²左右激光强度下D³He质子产额随靶球半径、激光强度、充气压力和SiO₂球壳厚度等参数的变化规律，给出了靶球半径300 μm，内充D³He气体压强1.8 MPa，SiO₂球壳厚度3.5 μm左右等优化参数，预计此条件下D³He质子产额可达10⁹～10¹⁰。通过模拟得到的质子产额变化规律，为质子照相平台的正式建立和实验参数选取提供了参考。

提出了一种基于混合像素探测器作为记录介质的用于激光聚变内爆D³He质子源能谱和产额测量的在线磁谱仪诊断系统。通过对探测器上特征团簇数目和能量的识别，结合诊断系统排布，可以快速获取激光聚变反应产生的D³He质子源的能谱和产额。在神光装置上对该诊断系统进行了测试。实验使用31束纳秒激光聚焦到靶丸上驱动聚变反应。靶丸内充有原子比1∶1的D₂和³He的混合气体。在线磁谱仪诊断系统测量到了中心能量在14.6 MeV、半高全宽为2.1 MeV、产额约(2.3±0.13)×10⁹的初级D³He质子能谱。该系统的建立可以实时给出D³He质子源能谱和产额信息，从而更加及时地指导实验的开展。

表面增强拉曼光谱技术因其高灵敏度、操作简单、快速检测等优点，被广泛用于病毒检测方面。国内外的病毒拉曼检测研究主要集中在检测病毒核酸以及组成核酸的各种碱基的表面增强拉曼光谱(SERS)，但少见对病毒蛋白的SERS检测。以新型冠状病毒（SARS-CoV-2）的S蛋白为检测对象，采用无标记SERS检测方法，对比SARS-CoV-2固态、饱和液态S蛋白的普通拉曼光谱和选用40 nm金纳米粒子为基底的SARS-CoV-2低浓度S蛋白SERS光谱。结果表明，以40 nm金纳米粒子为基底，采用SERS技术检测SARS-CoV-2的S蛋白是完全可行的。SARS-CoV-2的S蛋白分子中的羧基与金纳米粒子发生了分子增强，氨基与金纳米粒子发生了电磁增强，从而使得SARS-CoV-2的S蛋白拉曼效应得到了增强，并使得峰位发生一定移动。实验获得了较好的SARS-CoV-2低浓度S蛋白SERS光谱，为建立敏感、特异、快速的SARS-CoV-2检测新技术提供了一种方法。

长期以来，惯性约束聚变（ICF）研究软X射线诊断科学仪器设备的元器件标定工作主要依赖同步辐射光源X射线辐射计量站进行。该类装置通常与用于开展ICF研究的大型激光装置分处两地，难以满足ICF研究软X射线元器件实时实地的标定应用需求。另外，由于同步辐射和ICF激光等离子体产生的X射线辐射特性存在较大差异，同步辐射计量站的标定结果事实上也不能完全反映元器件在ICF实验应用中的计量响应特性。本文首先介绍一种基于单光学元件的软X射线紧凑型无谐波光源单色化技术，以此为基础提出研制基于ICF激光等离子体X射线源的同源、同几何位形、双束比较校准的多能量通道光源单色化系统，用于ICF应用软X射线元器件的在线标定。新系统一方面可望满足ICF软X射线元器件实时实地的标定应用需求；另一方面，其提供的标定光束的技术特征将最大可能地接近ICF激光等离子体X射线辐射本身。配备相应的X射线二极管（XRD）和标准探测器之后，该系统将形成一套具有在线自校准功能的新型多通道δ能量响应软X射线能谱仪。

传统光栅的基础研究和应用研究进展一直备受关注。然而，高阶衍射污染使传统光栅获得的光谱纯度受到严重影响。为了抑制高阶衍射贡献，人们提出了许多单级或准单级光栅的设计方案，但它们对高阶衍射的抑制效果不可避免地受到加工精度的限制。提出了一种准周期矩形孔阵列光栅，通过优化矩形孔的概率密度分布函数，获得了比以往设计更大的加工误差宽容度。对这种光栅的衍射特性进行了分析研究。理论计算表明，即使孔径相对误差超过20%，光栅也可以完全抑制二阶、三阶和四阶衍射，五阶衍射效率与一阶衍射效率之比小于0.01%，大大降低了对加工精度的要求。

为了给快点火集成耦合效率的计算提供关键参数，并为后期高密度压缩奠定高能背光的诊断基础，在神光-Ⅱ升级装置上利用皮秒短脉冲激光驱动产生了X射线背光源，测量了成像分辨率、光通量，获得了短脉冲背光源的辐射特性，进一步成功演示了基于这种短脉冲背光照相技术的间接驱动快点火预压缩密度诊断。实验所得图像与模拟图像结构一致，实测压缩过程中的面密度达到50 mg/cm²。实验还发现了压缩不对称引起的流体不稳定性特征，为后续实验提供了改进方向。