激光驱动惯性约束聚变是解决人类能源危机的最具有希望的手段之一。在激光惯性约束聚变中,超短、超强激光与靶物质相互作用会产生高温高密度等离子体,而高温高密度的等离子体又会发射有能级特征的X射线辐射。测量等离子体发射的X射线线谱可以得到等离子体不同区域的密度、温度和不透明度等信息,是激光聚变研究的至关重要的手段之一。在x射线谱测量中,透射光栅谱仪是一种重要的诊断设备。透射光栅谱仪的核心元器件——传统的黑白光栅是由平行栅条组成的,其透过率函数是方波函数,这导致黑白光栅具有多级衍射的特性。用黑白光栅测量x射线谱时,不同级次的光会相互叠加在-起,因而测量得到的光谱存在谐波污染。而常用的滤片法和解谱方法均不能达到理想的效果,因此严重制约了测谱的精度。研究和改善衍射光栅的高级衍射问题,对于X射线的精密测量十分重要。在可见光波段,正弦光栅可以用来消除高级衍射。不过在X光波段,由于X光的强穿透性,使用正弦光栅时会带来相位问题从而失去对高级衍射的抑制作用。为了抑制高次谐波、解决谐波污染问题,中国工程物理研究院激光聚变研究中心的曹磊峰研究员提出了二值化正弦光栅的概念。本文基于这一理论提出了一种新型的单级衍射光栅,其对高级衍射具有良好的抑制效果,有望用于x射线的诊断中。本文首先回顾了衍射理论的发展,详细地解释了惠更斯—菲涅尔原理,介绍了基尔霍夫衍射公式、菲涅尔衍射公式、弗朗禾费衍射公式、瑞利—索末菲衍射理论、角谱衍射理论等常用的衍射理论。其次简单介绍了几种单级衍射光栅,包括很早就提出的正弦光栅、以及研究者新近提出的量子点阵光栅(QDADG)、准正弦单级衍射光栅(QSTG)、之字形光栅、谱学光子筛(sPS)、准随机半径圆孔阵列谱学光子筛(QRSPS)等。这些光栅能够有效抑制高级衍射,解决谐波污染问题,有望用于x射线光谱的测量中。不过这些单级衍射光栅都是通过大量微小或者复杂的结构组成光栅,从而调整光栅的透过率函数使其满足类正弦分布。因而单级衍射光栅结构复杂,在将其制作成适用于x射线波段的高线密度光栅时对加工工艺要求较高。本文基于二值化单级衍射光栅的概念设计了一种新型的单级衍射光栅,它是通过对黑白光栅中狭缝位置的合理调整来实现对高级衍射的抑制从而达到单级衍射效果的光栅。这种随机栅条光栅和黑白光栅一样是由简单的栅条组成的,结构简单,能够自支撑,有利于制作成高线密度。本文主要介绍了这种随机栅条光栅的设计结构、理论的分析、计算机模拟的验证、对这种光栅的优化设计,并制作了光栅样品、利用可见光波段的实验做了简单的验证。