自由电子激光(Free-Electron Laser,FEL)上层应用软件的开发与应用在FEL建造及运行过程中起着相当重要的作用,优秀的上层应用软件可以为加速器的运行调试、参数优化等提供方便。在调研了国内外主要加速器实验室所使用的上层应用软件的功能和特性之后,我们认为由美国橡树岭国家实验室为美国散裂中子源(SNS)设计的XAL具有一定的优越性。国际上多家实验室的在经过合作开发后将XAL升级为Open XAL,旨在建立更加开源、通用的加速器物理应用软件,但是将Open XAL完全应用至FEL上仍然具有一定的难度。在对Open XAL的部分软件进行研究后,我们发现其中的虚拟加速器具有良好的通用性。本论文的前半部分内容主要围绕Open XAL的虚拟加速器的移植与开发展开,包括对Open XAL框架的研究和虚拟加速器配置文件的构建,以及对Open XAL其他应用程序的调试。另一方面,作为第四代光源,FEL的辐射功率、光谱强度等输出结果是表征其品质的重要因素。本论文的后半部分内容主要是针对FEL辐射强度的优化的研究,作者基于遗传算法设计了一个用于FEL优化的应用程序,该应用程序利用实数编码方式,选择合适的算子并作相应的改进,同时利用Java Swing构建了友好的用户界面。在FEL装置没有建造完成时,我们无法通过在线优化获得较优的FEL输出,此时虚拟加速器就可以为我们提供方便。因此,我们希望将虚拟加速器与优化应用结合起来,通过虚拟加速器模拟机器运行时的情况,使得优化结果更接近真实水平。本论文的研究是上海软X射线自由电子激光(Shanghai Soft X-ray FreeElectron Laser,SXFEL)和大连相干光源(Dalian Coherent Light Source,DCLS)上层应用软件开发工作的一部分,通过移植Open XAL将虚拟加速器应用至FEL,并基于遗传算法自行设计了一个拥有较强通用性的FEL优化软件,为FEL的离线调试与优化提供了便利。