近十几年来,基于激光等离子体加速器技术的桌面型“类同步辐射”X射线源——Betatron射线源取得了巨大的进展。Betatron射线由激光等离子体加速器中高能电子束横向振荡产生,拥有媲美第三代同步辐射光源的峰值亮度、微米级源尺寸以及飞秒级的脉冲长度等特点,是一种卓越的紧凑型光源,在高品质成像和飞秒探测相关领域中拥有巨大的潜力。但是目前存在两个亟需解决的、大大限制其实际应用的问题——稳定性不够、光子数不足。本论文针对这两大问题开展了深入的研究:针对Betatron射线源稳定性不足的问题,本论文在第二、三章中通过系统地结合稳定的电离注入以及多发累积的方式,获得了稳定且同时拥有微米级别等效源尺寸的Betatron射线源。其中,单发源位置抖动2微米（r.m.s.）,累积源空间指向和光子数抖动小于5%、光谱抖动小于10%。这种高度稳定的X射线源在高分辨率相衬成像应用中有着卓越的表现,实验结果显示利用该源可以在相衬成像中实现好于5微米的空间分辨率。以上结果为基于高重频、低功率激光的Betatron射线源相关应用铺平了道路。针对光子数不足的问题,本论文在第四、五章中分别利用等离子体密度凹陷以及凸起结构成功地增强了Betatron射线源能量与单发光子数。其中,在利用激光等离子体整形技术构造的等离子体密度凹陷结构中,实验结果以及模拟分析均证明电子束的Betatron振幅得到了可控地增强,从而使得Betatron射线源光子数获得了两倍的提升,达到了1×109光子术发;在混合气产生的等离子体密度凸起结构中,材杉权模拟证明电子以电离注入混合等离子体结构注入的方式被尾场俘获并加速,同时实验与模拟均表明电荷量得到了显著增加。通过该结构,实验中Betatron射线光子数增加至8×10~9光子术发,这也是目前世界上百TW以下激光所产生最多的Betatron射线单发光子数。此外,为了拓宽Betatron射线源应用的范畴以及探索更多类型Betatron射线的产生,本论文在第六章中利用材杉权数值模拟分别提出了EUV波段以及相干Betatron射线产生的初步思路与方案。