基于动态X射线荧光成像技术对高集光效率、单色化成像诊断设备的需求，提出了一种四通道球面弯晶成像系统设计。采用“圆锥体”空间排布方式，解决了多个通道耦合问题。通过调整弯晶姿态，实现了像点的合理分布。针对4.51 keV能点，采用Ge(400)球面弯晶作为成像元件，给出了四通道弯晶成像系统的光学初始结构参数。在实验中利用Ti靶X射线光管，对单个通道进行了网格背光成像，获得的二维图像放大倍数为7.8倍，空间分辨率达到15 μm，初步验证了系统的成像性能。四通道弯晶成像系统与分幅相机结合，能有效解决动态X射线荧光成像技术信号弱、图像信噪比低的技术难点。

为满足“神光Ⅱ”升级激光装置实验的激光等离子体高空间分辨和窄带宽的精密成像诊断需求，本文研究球面弯晶单色成像技术，并对其进行优化设计及实验验证。首先，使用光线追迹方法分析了成像像距、布拉格角、背光源尺寸等成像系统参数对球面弯晶成像性能的影响，分析了设计参数的变化对成像空间分辨能力的影响，并在X射线管上开展了测试验证实验。研究结果表明: 二维成像时，在等分辨成像像距处可以获得较好的成像结果，增大布拉格角可以抑制像差进而提高成像质量，更小的背光源尺寸也有助于提高成像的空间分辨率。测试实验获得了清晰的网格背光成像，成像结果与预期相符，空间分辨率优于14 μm。这一工作有助于球面弯晶成像系统的优化设计及其在激光等离子体精密诊断中的应用。

基于球面弯晶设计了一套二维分辨的单色成像系统,使用光学仿真软件对系统进行了成像模拟。对金网格进行了背光成像, 获得了8.048 keV的单色网格成像, 空间分辨率可达9 μm。在神光II(SG-II)升级激光装置上, 利用该成像系统成功获取了二维锥靶的Kα自发光单色图像。结果表明, 该成像系统能够胜任快点火物理实验中超热电子的诊断。

利用石英(1010)球面弯晶作为X光成像元件，自主研制了应用于神光系列激光装置上的高分辨球面晶体X光成像系统。在实验中利用Mg作为背光材料，获得四周期网格子午方向放大倍数13.95倍、弧矢方向放大倍数11.61倍、中心能点1.472 keV、分辨率达到4 μm的X光图像，其谱分辨达到1.2×10-4。它为在激光惯性约束聚变内爆、流体不稳定性等物理实验中X光测量提供了重要诊断手段。

利用劳厄晶体研究了X射线的单色衍射性质，研究了对数螺旋型劳厄弯晶在等离子体X射线单色成像中的应用。根据光线追迹原理及对数螺旋线的表面方程，研究了对数螺旋型劳厄弯晶的单色成像原理，分析了单色衍射像不受透射白光X射线影响的准则，以及子午、弧矢放大倍数和单色成像视场等性能参数。研制了石英晶体(1010)对数螺旋劳厄弯晶分析器，以铜靶X射线源作为背光源，对网丝直径为50 μm的金属网格进行了单色背光成像实验。实验结果表明，当背光源尺寸为110 μm时，对数螺旋型劳厄弯晶的空间分辨力约为11.9 μm，分析器在子午和弧矢方向的视场分别达到22.3557 mm和8.2602 mm。

利用对数螺线晶体在大视场范围内的保角特性, 研究了一种用于等离子体X射线单色成像的透射式对数螺线晶体分析器。与反射式弯晶成像谱仪相比, 该分析器具有单能成像视场更大, 实现相同放大倍数时的空间排布简单等优点。根据晶体衍射成像原理及对数螺线晶体的表面方程, 分析了透射式对数螺线晶体分析器的成像原理以及成像性能, 包括子午、弧矢放大倍数以及视场大小等。以铜靶X射线源为背光源, 用研制石英晶体透射对数螺线分析器对网丝直径为100 μm的金属网格进行了单色背光成像实验。实验结果表明, 晶体分析器的空间分辨力约为30 μm, 子午和弧矢方向视场分别达到15.938 7 mm和5.900 6 mm。

采用针孔配接对数螺线柱面晶体方案，研制了一种小型、靶室内置X射线单色成像器，用于获取Z箍缩等离子体K壳层自辐射单色图像。在阳加速器上对该成像器进行了测试，成功地获取了铝丝阵负载Z箍缩等离子体K壳层自辐射的类氢线与类氦线单色图像。实验结果表明：该成像器具有优异的单色性(能谱带宽小于1 eV)，适合于中低原子序数Z箍缩内爆负载的特征谱线单色图像诊断。