飞秒激光加工技术主要是利用激光焦点对材料进行微区去除，结合加工路径的精准规划和激光参数的精确调控，实现各种功能微结构的精密加工。然而，在实际加工过程中，材料表面并非都是理想平面，这引起激光焦点与材料表面的相对距离发生变化，导致材料表面接收的激光焦斑尺寸不一致，进而造成飞秒激光加工的微结构不均匀，最终不满足某些应用场景的实际需求。针对该问题，提出了基于分区域平面拟合和二维插值的两种校正方法，即在待加工区域内以少量采样点近似描述材料表面起伏形貌，并以此为依据校正加工路径的高度坐标，使飞秒激光加工过程中激光焦点和材料表面的相对距离控制在不影响加工效果的范围内。试验结果表明，这两种校正方法都能保证飞秒激光加工大面积微结构的均匀性和一致性，是解决非平整表面不易实现高品质微结构加工的有效方法。

傅里叶叠层成像是一种能够同时实现大视场和高分辨的成像方法, 公开发表的文献表明其空间分辨率极限由照明数值孔径和物镜数值孔径决定。为了进一步提高其分辨率, 提出了频域和空间约束傅里叶叠层重建方法: 利用传统重建算法获得的空间频谱进行频域约束, 以传统重建算法获得的图像进行空间约束; 该方法基于一个假设: 图像具有稀疏特性; 从传统重建算法获得的图像中提取所需的频域和空间约束条件, 不需要额外采集数据和硬件改进。仿真和实验结果表明: 与传统无约束重建方法相比, 提出的算法能够提高分辨率和改善对比度, 空间分辨率提高幅度高达~26%。

采用单透镜型的传像系统研究分析了在同轴粒子场全息诊断中4f透镜组的特有作用(即4f光学透镜组的放大率对每个位置的粒子均为同一常数)是否为4f透镜组特有。实验结果表明,在记录面与透镜的位置相对固定的前提下,采用单透镜型光学系统记录的全息图同样可以用平面波进行高精度再现,而且其放大率与记录对象的物距无关。故在粒子场同轴全息诊断中4f的上述优势并非4f特有,即采用单透镜型成像系统进行粒子场记录时无须使用不同的再现或粒子尺寸标定方法。

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。

提出了一种粒子尺度信息提取方法, 通过将傅里叶叠层思想应用到粒子尺度信息提取中实现了比λ/NA更高的空间分辨率。在传统的傅里叶叠层成像系统中, 采用一个二维LED阵列作为光源以获得不同角度的照明, 通过扫描阵列中的所有LED, 获取一系列低分辨图像, 然后利用这些低分辨图像生成一幅高分辨图像。为了减少所需的低分辨图像幅数, 进一步提出了选择型照明傅里叶叠层成像提取粒子尺度信息的方法, 通过分布在一个圆周上的LED提取粒子尺度信息, 根据分辨率极限公式给出了圆周半径的选择方法。仿真结果结果表明提出的方法在不损失精度的前提下能够大幅度减少需要的低分辨图像幅数。

在研究超强激光与物质相互作用中, 研究的焦点通常需要高质量的光源来诊断动态物质的结构。为了获得高亮度、准单能和高对比度X射线光源, 改变物质及其结构来增强吸收激光能量和提高激光X射线的转换效率。利用多孔结构原理, 设计了直径为200 nm、密度为铜70%的纳米铜靶。在中国工程物理研究院激光聚变研究中心星光-Ⅲ激光装置上进行实验, 作用于靶表面的飞秒激光强度大于2×1018 Wcm-2, 利用单光子计数型X射线CCD测量了Ka 特征X射线, 获得的Ka光子峰值产额达到了3.6×108 photons·sr-1·s-1, X射线最大转换效率达到0.008 68%, 是平面铜靶转换效率的1.2倍。实验表明纳米须结构能够有效增强飞秒激光的能量吸收, 增强了超强激光转换成电子和X射线的转换效率。

利用多孔结构原理,研制了厚度为100 μm、孔隙率为70%的纳米多孔铜靶,密度比为固体铜的30%。实验在中国工程物理研究院“星光Ⅲ”激光装置飞秒激光束上进行,激光功率密度大于1.6×1018 W/cm2,脉宽为30 fs。利用16 bit单光子CCD获取了X射线能谱,测得铜Kα线光子产额为2.9×108 photon·sr-1·s-1,转换效率为0.008 38%。与压制加工的平面Cu靶相比,多孔结构靶的X射线产额约为平面靶的1.8倍,表明纳米多孔结构能够有效增强飞秒激光能量吸收,提高超热电子和X射线转化效率。

在聚龙一号脉冲功率装置上首次完成了对带正弦扰动铝套筒Z箍缩的X射线背光照相实验。实验采用千焦耳激光器(1053 nm,1 kJ,1 ns)驱动固体靶材产生X射线,然后利用基于球面晶体的单色背光照相技术以及直接点投影背光照相技术,成功观测到约7.5 MA电流驱动条件下,Z箍缩铝套筒的外边界不稳定性发展情况。该实验验证了在聚龙一号装置上联合千焦耳激光器开展X射线背光照相实验的能力,为后续精密Z箍缩物理研究奠定了基础。