介绍了一种掠入射式多包含角平面光栅单色器的设计原理, 从理论上对其可行性进行了分析和验证。该单色器系统对SX-700型单色器进行了改进, 通过简单地升降多角平面反射镜即可对覆盖某个波长范围的包含角进行改变, 选择所需的单色光波长。通过光学仿真软件X-LAB模拟了光束入射到多角平面反射镜的单个角度的反射面时, 单色器对软X射线波段1~2.48 nm的单色化效果, 从理论上验证了本设计能够实现宽能谱扫描及高次谐波的抑制, 并且该单色器结构简单, 易于在实际应用中得以推广。

为了消除自重和热应力对大口径平面反射镜面形精度的影响，采用有限元分析方法，对比分析了在-20℃环境温度下采用背部固定约束与背部浮动约束获得的反射镜面形仿真数据，设计了动态扫描反射镜背部悬浮支撑结构以实现浮动约束，搭建了检测平台，并进行了大口径平面反射镜面形检测。结果表明，安装该支撑结构后反射镜的面形峰谷值为0.236λ，平均值为0.049λ。背部悬浮支撑结构实现了浮动约束，释放了大口径平面反射镜因自重和热应力造成的变形，有效保证了面形精度。

介绍了产生结构非线性的主要来源与接触理论，对平面反射镜组件建立了合理的有限元模型.利用接触非线性分析方法分析了小重锤(m=0.18kg)在不同下落高度冲击销钉而对锥孔造成的法向压力；随后，将不同锥孔法向压力对镜面面形精度的影响进行了非线性和线性分析；然后，进行了空间平面反射镜的成像实验.分析与实验结果表明：采用非线性分析得到的面形精度比线性分析更接近实验值，非线性分析与实验值之间的最大误差为8.6%.由此对该空间平面反射镜组件提出了合理的销钉预紧方案，即小重锤最大自由下落高度不超过25mm.

口径2 m的高质量平面反射镜可用于大口径光电设备像质评价和性能检测, 但受使用环境影响, 平面反射镜的面形精度不易长期保持稳定, 因此需要在使用前对其面形精度进行现场、快速校验, 而常规的全口径或子孔径干涉检测均难以满足上述需求。由于反射镜面形在制造过程引入的中高频误差已处于稳定状态, 环境扰动只引入低频像差, 而选择子孔径斜率扫描再重构波面低频轮廓的方法较适于面形精度现场校验。提出双五棱镜配合双测角仪进行子孔径斜率同步差分测量的方法, 可改善长测量周期内环境扰动引起的随机误差。并对测量设备光学、机械及控制系统进行设计, 提出采用2台S-H传感器代替传统测角仪用于子孔径斜率测量的解决方法。验证试验结果表明, 波面重构算法以及仪器测角精度可满足面形测量精度需求, 其与ZYGO干涉仪测量结果的互差小于20 nm(RMS)。

针对数字式二维转镜在光学转像时产生的转角值与实际像移不一致的问题,提出了一种运用光学矩阵修正读数误差的方法。根据二维转台对准读数检测原理建立数学模型,得出修正后的出射光线的俯仰角及方位角。为了验证上述模型的正确性,采用高精度经纬仪对修正后的出射光线方向进行校对。经实验对比,该方法在不提高加工安装精度的情况下修正了二维转镜的读数误差,其精度达到4″。

成功研制了用于“聚龙一号”装置上Z箍缩实验中等离子体图像诊断的三通道不同光子能段的X射线积分成像系统。该系统主要由针孔阵列调节组件、X射线真空飞行管道、X射线分光器件及成像板组成，各通道的光谱响应分别为277 eV，小于700 eV和大于800 eV，其对应的成像针孔直径为100，100和50 μm，成像放大倍率2倍，成像空间分辨率均优于0.2 mm。在“聚龙一号”装置上完成了该成像系统的性能考核，获取了不同光子能段的等离子体时间积分图像。结果表明，该成像系统满足“聚龙一号”装置上Z箍缩实验的诊断需求，在提升了单台相机光谱响应范围的同时提高了低能段图像的空间分辨率。

为了更好地检测与评价大口径平面镜，引入了离散傅里叶级数作为处理五棱镜扫描结果的数学工具。从基本理论出发，分析了离散傅里叶方法本身性质以及在处理斜率信息上的优势；之后借助功率谱以及Zernike 多项式，分析了经过傅里叶方法处理得到结果的空间域以及频域的特性。针对米级口径的反射镜面形数据，进行模拟数据采集，之后对于该数据进行处理，得到可以用于检测装调的低阶面形。

为了减小激光诱导等离子体发射光谱中光谱线的自吸收效应, 提高激光光谱分析技术对物质中高含量元素的检测水平, 实验采用了一种平面反射镜装置约束等离子体, 比较了有或无平面反射镜装置时光谱线的线型变化。实验表明, 在无平面反射镜装置时, 样品元素Al, Mg和Mn的光谱线半高全宽度分别为0.16, 0.24, 0.058 nm, 而采用由四块平面反射镜组成的装置在空间上约束激光等离子体时分别为0.11, 0.13, 0.047 nm。结果表明, 光谱线的自吸收明显减小, 谱线线型变得比较锐且强度显著提高。通过观测等离子体照片, 测量等离子体温度和电子密度, 分析讨论了激光光谱自吸收效应降低的原因。

为了减小激光诱导等离子体中光谱线自吸收对分析结果的影响, 提高发射光谱的谱线质量, 实验利用组合式多功能光栅光谱仪和CCD探测器等组成的光谱分析系统记录光谱信息, 采用平面反射镜装置对激光等离子体进行约束, 比较了不同实验条件下光谱线的线型演化过程, 并且通过测量等离子体的温度、 电子密度以及样品蒸发量给出了合理解释。 实验结果表明, 当采用合适的平面反射镜装置约束激光等离子体时, 等离子体的轴向温度有所升高, 径向温度分布趋于均匀; 等离子体的电子密度有较大幅度的提高; 然而, 样品蒸发量却有比较明显的减小。 这几个方面的原因能够有效地降低光谱线的自吸收程度。 由此可见, 利用平面反射镜装置优化实验条件以后, 可以有效减小激光诱导等离子体发射光谱的自吸收效应, 在常量元素的定量分析中, 允许选择灵敏谱线作为分析线, 这为提高激光诱导击穿光谱技术的精确测量奠定了基础。