理论上，使用断层扫描技术可以得到真实的横向相空间分布。但是想要更加精确地了解分布的细节，需要解决旋转角度范围受限和投影数目不足的问题。针对这两个问题，提出了在混合域处理的神经网络模型，即组合地在正弦域和断层域分别使用插值和去除伪影神经网络。在简单地测量束线以及投影数目比较少（7个）的情况下，该网络模型也能高质量地重建束团横向相空间分布。并且，由于选择旋转角度的方式和归一化相空间无关，因此，无需测量Twiss参数。采用该方法测量束团横向相空间，一定程度提升了重建质量，简化了测量的方式。

X射线自由电子激光器（FEL）由于其超高亮度、超短脉冲等特点，在世界范围内得到广泛应用。 基于尾流场理论，我们计算了上海X射线自由电子激光器（SXFEL）中从直线加速器出口到波荡器末端，束流在245 m不锈钢传输线和波荡器中的阻抗壁尾场。通过对两种不同的阻抗壁尾场的叠加，发现将导致束流纵向相空间的畸变。在SXFEL上进行束流物理的实验，并得到与理论预测非常吻合的实验结果。 结合之前对主要直线加速器部分的详细模拟和实验研究，为后续FEL整体束流优化提供了参考。

在一种猝发高重频的X射线自由电子激光（XFEL）装置中，由于受到光阴极注入器内补偿螺线管与电子枪之间特殊结构的限制，阴极附近电场与磁场为叠加状态。实验中需要对阴极热发射度进行测量，而测量热发射度常用的螺线管扫描法基于几何发射度不变的前提，无法直接应用于电磁场叠加的结构。针对这一问题，考虑到归一化过程可以剔除电场对发射度的影响，基于此，研究归一化相空间中应用的螺线管扫描法，并通过仿真计算与分析，最终证明该方法适用于电磁叠加场中阴极热发射度的测量。

无变形镜条件下抵抗大气湍流影响获取几百米至几十公里外目标的清晰成像和点云数据具有重要意义。光场相机是清晰成像和点云计算领域的有力工具，但是它在湍流条件下无法正常工作。同时光场相机技术的主要研究方向集中在如何提高点云的精度和密度，暂无人将其应用于湍流清晰成像。基于相空间光学原理改进了光场相机的信息提取算法，在湍流条件下完成了清晰成像和点云计算。这种算法使用四维密度函数来描述复眼结构，对原始数据的使用更加充分，能够提取物点完整的低阶相位信息，因而，可以抵抗湍流对局部子孔径的影响，稳健地获取目标点云，解算深度图并得到全聚焦清晰成像。根据这一原理设计了光场相机系统，探测室内湍流池后方的目标以及室外湍流下500 m处目标，均获得了4 k以上个物点的准确低阶相位分布，给出了目标的三维点云图和清晰成像。结果表明，该方法无需变形镜系统，也不需要先验信息，是一种稳定工作的解析算法。