龙虾眼X射线系统是实现大视场X射线成像的有效手段。现研制了由多组平行玻璃平板构成的Schmidt型X射线龙虾眼光学系统,开展了X射线聚焦和成像的演示实验。基于掠入射反射理论,以210μm厚的超光滑平板玻璃作为光学元件,通过堆叠的方式制作了放大倍数为1的演示系统。用8keV的X射线光源对系统进行了聚焦和实验,直径280μm的光源聚焦半高宽约为320μm,与理论模拟结果基本一致。利用X射线背光照明,得到2mm×2mm大小图样的成像。实验结果表明,该龙虾眼光学系统可以在几毫米视场下达到百微米分辨。

提出了直接针对惯性约束聚变（ICF）诊断目标的X射线Kirkpatrick-Baez型显微镜的像差校正和光学设计方法。在校正掠入射细光束像散的基础上，推导了内爆压缩区全视场范围内的垂轴像差表达式，进而构建了系统的空间分辨率预测模型。基于对空间分辨率和集光立体角两个关键指标的分析，结合ICF的实验要求，得到了系统的初始结构参数确定原则和光学设计流程。实例表明，该方法克服了传统的轴上球差评价的不足，设计结果能够同时满足内爆压缩区的视场、分辨率和集光效率的要求。

研究了利用辅助可见光系统精确瞄准KB显微镜物点的方法。设计了工作能点8 keV的周期多层膜KB显微镜系统，通过光线追迹和X射线成像实验，得到5 μm空间分辨率所对应的视场和景深，进而计算出诊断实验对应的指向和景深要求。基于KB系统的物像关系和精度要求，设计了辅助的可见光成像系统，实现了可见光系统与X射线KB系统间的等效瞄准，利用耦合好的系统进行了瞄准和X射线成像实验。实验结果表明：辅助光路可以实现±20 μm的垂轴面和±300 μm的轴向定位精度，满足KB显微镜的瞄准要求。

提出了利用多层膜聚光镜提高Schwarzschild显微镜成像均匀性的方法。设计了聚光镜的光学结构,使80%的等离子体辐射能量会聚在约0.8 mm直径的范围内。根据成像系统的工作波长和光线在聚光镜表面的入射角度,设计了Mo/Si周期多层膜,制备了聚光镜光学元件,膜层周期厚度为9.64 nm,周期数为30,对18.2 nm波长的峰值反射率为51.7%。利用所设计的聚光镜作为照明系统,对Schwarzschild物镜进行了网格成像实验。结果表明：在1.2 mm视场内可以实现2.5μm的空间分辨力,并且完全消除了物镜中心遮拦所造成的像面光强分布不均匀性。

分析了几何像差、衍射效应和光学加工精度等因素对不同工作能点的单层膜Kirkpatrick-Baez显微镜成像质量的影响,构建了该显微镜的均方根空间分辨率模型,用Ir单层膜KB显微镜获得了8 keV能量的X射线成像结果,其中心视场的分辨率约为2μm,±50μm视场的分辨率优于5μm。实验结果与分辨率模型的对比表明,中心视场的分辨率受球差、衍射效应和反射镜加工精度的综合影响,边缘视场的分辨率主要由系统的几何像差决定。