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为了突破球面反射镜面形对传统Kirkpatrick-Baez（KB）显微镜空间分辨率的限制，建立了一种非球面KB显微成像系统的光学设计方法。利用椭圆柱面反射镜代替球面镜，通过几何关系计算出反射镜参数的数学表达式，结合主要光学结构参数对空间分辨率影响的定量分析，提出了一组适用我国现阶段强激光装置的非球面KB显微镜的结构参数，并在实验室内开展背光成像实验。实验结果表明，在中心视场，其空间分辨率优于2 μm，在200 μm的视场范围内，空间分辨率优于5 μm，集光立体角可达1.3×10−6sr。非球面KB显微镜有效提高了KB显微镜中心视场分辨率，符合内爆靶减速阶段的高分辨诊断需求。