激光惯性约束聚变（ICF）是发展可控核聚变的有效技术途径之一,为可持续能源发展和军事应用等提供技术支撑。其基本原理是通过兆焦级的激光能量注入填充氘氚燃料的靶丸,利用物质的惯性,对靶丸进行聚爆压缩,最终实现点火和持续燃烧。基于X射线的精细化成像诊断可用于揭示靶丸等离子体的温度和密度、辐射驱动源对称性及均匀性、内爆压缩等离子体流体力学不稳定性增长、超热电子的温度与产额等重要物理信息,在激光惯性约束聚变诊断中占有重要的地位。由于靶丸芯区的等离子体状态极为稠密,而硬X射线穿透力强,又不受黑腔内电磁场影响,是最适合用于靶丸芯区诊断的。鉴于等离子体空间尺度小的特点,需建立微米尺度分辨水平的硬X射线成像系统。现阶段用于国内激光惯性约束聚变装置的X光成像设备包括针孔相机和KB显微镜等工作于软X射线段的成像设备,难以在兼顾视场和分辨率的基础上向高能段延伸。本文基于激光核聚变物理实验的需求和国内相关诊断设备的现状,开展了掠入射式超环面硬X射线显微成像技术的研究,主要围绕以下问题开展研究:（一）围绕大视场、高分辨的总体成像要求展开显微镜设计研究。针对硬X射线波段光学元件的反射效率低的问题,采用超环面以简化光学系统;同时,针对硬X射线的波段对聚焦光学元件提出的超光滑要求,选用超环面较非球面更易加工。通过分析超环面的聚焦特性和双镜成像的特点,提出了U字形串联排布两个超环面镜和一个用于光谱选择的平面反射镜的基本结构,便于在优化中引入更多的自由度,解决单个超环面镜反射引起的严重像差,并扩大视场。针对硬X射线全反射的条件研究掠射角与反射率之间的关系,通过W/B₄C非周期多层膜反射镜的设计以满足高反射率和大角度带宽的要求。根据激光核聚变诊断的要求,提出了适用于神光-Ⅲ装置的显微镜光学系统参数,首先以超环面镜消像散要求为依据,计算出成像系统的初始结构参数,并建立基于光线追迹的仿真模型;其次针对初始结构的成像质量及杂散光问题设计了孔径光阑以及消杂光光阑;最后通过光线追迹研究成像系统中各参数对成像质量的影响,确定了优化函数。优化后的显微镜系统成像质量明显提高。（二）以几何像差分析为基础对双环面镜在子午面的球差、彗差、像散和场曲等参数进行分析,结果表明,通过调节镜长和镜间距可以消除某项像差,作为优化时的参考依据。同时,针对掠入射光学系统非共轴不对称的结构,引入矢量波像差进行分析,在同轴反射系统矢量波像差的基础上,针对光阑和视场均离轴的情况,通过光瞳变换,推导掠入射矢量波像差的表达形式,并针对矩形孔径像差的边缘Zernike展开项进行了修正。通过采用全视场像差分析的方式对显微成像系统各个像差进行了分析,弥补了仅从弧矢和子午面分析像差的片面性。采用点列图和几何传函等适用于大像差系统的像质评价方式分析了显微系统成像质量,结果显示在±500μm视场可以达到物方分辨率5μm。（三）分析了系统装配误差和加工误差对成像质量的影响,首先逐一对影响系统成像质量的物距、像距、反射镜偏心和倾斜等参数进行公差分析,对硬X射线掠入射成像的关键光学元件——超环面反射镜的超长子午曲率、面型误差和粗糙度等加工误差因素进行了分析,然后依据各参数对成像质量影响的敏感度,分配不同的权重;通过ZEMAX公差分析,以80%系统的弥散斑半径小于75μm为标准,对各个公差进行调整,确定出公差分配。（四）针对成像系统结构中各光学元件非共轴、掠射角度过小以及X射线不可见等一系列因素造成的非球面反射镜精准定位难度大的问题,在离线装调阶段设计了一种可见光辅助装调系统对掠入射角进行精确调节。另外为在线高精度瞄准目标和X射线CCD精准定位,针对掠入射系统入射光轴和出射光轴平行不共线的特点,设计了一种双向双目交汇瞄准系统。通过实验,检测了成像系统的空间分辨率。分析实验结果劣于模拟结果的原因,主要还是超环面镜的加工工艺达不到理想要求。