如今,X射线在固体物理、医学领域以及其他学科中被广泛地使用。激光电子相互作用X射线源,也就是汤姆逊散射源,常常被用于产生高品质高性能的X射线。这种基于电子储存环和光学增益腔的X射线源造价相对低廉、紧凑。光腔的主要作用是放大入射激光的功率和循环激光脉冲,用于和电子碰撞的极小的束腰也可以由光腔来产生。在光腔内的激光脉冲与电子储存环中的高能电子束团碰撞产生准连续的X射线,产额可以达到1011ph/s。为了深入研究高功率光学增益腔的物理问题,我们主要做了如下工作:首先,建立了一个精确的考虑载波包络相位和时间失谐因素的光腔存储瞬态模型。基于此模型,我们分析了具有相同能量增益系数的光腔:有较高精细度却存在时间失谐的光腔,比起无失谐、较低精细度的光腔,具有更宽的线宽。这说明着把激光器锁到前者光腔上相对更容易。其次,为了解释我们在非平面四镜光腔上观测到的S形状光模,我们首次推导出了一般像散光束的非傍轴矫正项的解析解,并定性地解释了实验中的现象。最后,通过利用Winkler的热变形模型,我们发现光腔的能量增益对镜子的形变极其敏感,能量增益因子降低一半所对应的腔镜形变量与其精细度的平方成反比。基于正在建造的ThomX项目的原型腔,我们提出了一种新的激光稳频方法,该方法利用光腔的极化特性和腔镜对不同极化光的反射相位相异来产生误差信号。比起传统PDH方法,该技术相对简单,无需对激光进行调制解调,并且可以控制腔内激光的极化。同时,我们进行了光腔的高功率实验。实验环境要求极高的洁净度,镜面上任何灰尘会极大地降低光腔的精细度,通过四种不同的方法,我们测得该光腔的精细度高达26,000,能量增益约为10,000。而且我们观测到了高功率光腔的模式不稳定现象,这可能由于光腔模式退化造成。最终存储在光腔的能量稳定在383 kW。在某些X射线应用中,基于环和光腔的高重频的X射线源更受欢迎,这亦是清华加速器实验室下一步计划,目前原型腔的设计已完成。总之,由电子储存环和光学增益腔构成的紧凑型汤姆逊散射源可以产生高产额、高质量的X射线,并且是非常有前途的。