共振非弹性散射(RIXS)是一种研究分子、材料的电子结构的X射线光谱技术，其对光源、光谱仪都有着极为苛刻的要求。掌握先进RIXS光谱仪设计思想、使用方法、性能等对未来研究均具有重要意义。通过探究其设计思想，从光程函数理论方式出发并计算变间距光栅参数，逐一分析各像差项对最终成像结果影响；开发可见激光的非接触式测量方式测量电机编码与光谱仪部件角度关系，并验证该方式的有效性；在同步辐射实验站直接使用同步辐射X射线，对光谱仪成像分辨率进行标定，掌握光谱仪工作性能；最终将SHADOW模拟数据与实际探测数据进行对比，表明光谱仪安装调试满足设计及实验要求。

基于矩阵算法建立了一个可用于模拟水体非弹性散射过程的水体辐射传输数值模型。该模型采用单个均匀介质层中辐射能量随深度增大而呈指数衰减的假设，将非弹性散射作为源矩阵算子引入到矩阵算法当中进行解算。通过Mobley水体辐射传输标准问题7的验证以及与Hydrolight 5.0结果的比较，说明该模型对多次散射和非弹性散射的处理是正确的，是一个适合于全面模拟水体各种辐射传输过程的数值计算模型。同时在该模型的基础上利用三分量模型，模拟分析了水体各成分对水体非弹性散射的影响以及非弹性散射在遥感反射率中所占的比重。分析结果表明拉曼散射只在清洁水体中对遥感反射率的贡献较大。而随着水体中黄色物质浓度和叶绿素浓度的提高，相应波段的遥感反射率中非弹性散射所占的比重不断提高，但是叶绿素和黄色物质彼此之间却是相互抑制对方的非弹性散射作用。另外悬浮泥沙对非弹性散射作用的削弱非常明显，在高浓度悬浮泥沙水体中非弹性散射过程甚至可以忽略。

为了在实验上增强非线性强场效应的信号强度, 基于电子在强激光束上的非弹性散射,提出一种双光束捕获电子的方案, 目的是通过延长电子和强场相互作用时间来提高非线性过程发生总概率, 实现观测信号的增强。数值模拟结果表明, 捕获后的电子和强激光场的相互作用时间可延长10倍以上。

首先用BFW势函数形式拟合在CCSD(T)/aug-cc-pVQZ理论水平下计算的He-HBr相互作用能数据,得到了He原子与HBr分子各向异性势;并与ESMSV势进行比较,验证了拟合势的可靠性;然后采用公认的精确度较高的CC近似方法计算了He-HBr碰撞体系能量在150meV下He原子和HBr分子碰撞的转动激发微分截面和分波截面,总结了该碰撞体系非弹性散射截面的变化规律.研究表明:①拟合势较好地描述了He-HBr系统相互作用的各向异性特征;利用碰撞体系分子间势的量子化学从头计算结果,可解决势能参数难以确定的问题.②低激发态被激发的几率要远远大于高激发态被激发的几率;激发态越高,大角散射的几率越大.③尾部效应仅在低激发态中产生,高激发态不产生尾部效应.

应用密耦方法,细致地讨论了Ne-LiH体系势能面的长程和高度各向异性的短程相互作用,对其非弹性散射动力学特征的影响.结果表明:①长程吸引和以排斥占优的短程相互作用在很窄的碰撞参数区域,相互竞争以至达到平衡,形成了暗度函数上明显的最小,并把势能面近似分隔为长程吸引和短程各向异性部分,②低Δj非弹性跃迁由这两部分共同作用产生,长程吸引势对Δj=1,2的跃迁有重要的贡献,特别对前者约占总截面的30%.而Δj≥3的跃迁则主要由短程的(排斥和吸引)相互作用决定.Ne原子从Li端以近共线方式接近LiH分子对产生Δj=1的跃迁最有利,以大于90°的Jacobi角接近则对较高Δj的跃迁有利.③较低Δj的微分截面集中在30°的质心散射角内,Δj=2～4呈现碰撞参数彩虹结构,Δj=6,7表现出转动彩虹的特征.长程吸引对Δj=1,2 微分截面的贡献在10°散射角以内.对Δj=1的跃迁,势能的短程部分近似为纯排斥性的,而从Δj=2起,除短程排斥作用外,短程吸引部分的作用亦明显被反映.