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近年来,X射线脉冲星自主导航技术受到了人们的广泛关注。聚焦型X射线探测器是X射线脉冲星自主导航的核心设备,在有效面积、信噪比方面具有其它类型探测器无法比拟的优势。本文主要围绕聚焦型X射线探测器的关键器件“多层嵌套式X射线聚焦光学(NXFO,Nested X-ray Focusing Optics)”进行理论设计、工艺研制与性能测试,并分析了NXFO在X射线通信领域的重要应用。在分析比较了不同类型X射线聚焦器件的基础上,针对脉冲星导航的特点,提出了一种基于WolterⅠ型聚焦光学的改进方案,即采用单次反射的具有多层嵌套结构的聚焦光学。该结构的聚焦光学具有小型化、轻量化、高效率、高信噪比等优势。结合脉冲星导航的需求,对NXFO进行了理论设计,推导了嵌套镜片角度与位置递推公式,确定了聚焦光学的主要参数为:焦距1050 mm,镜长200 mm,入瞳直径100 mm,嵌套层数15层,最大掠射角1.3°,最小掠射角0.27°;利用光线追迹软件建模,对聚焦光学进行了仿真模拟并对结果进行分析。对NXFO的反射镜片进行研制。从镜片基底材料的确定、镜片成型方法、镜片镀膜工艺三方面进行了详细分析与研究,最终实验确定了NXFO镜片制作的全部工艺流程。针对NXFO精密装配的要求,设计了六维精密同步装调装置。采用化学性质稳定的石墨作为支撑结构,低固化收缩率的环氧树脂作为粘接材料,由内向外逐层装配,根据焦斑形状实时调整镜片角度和位置,相对于传统方法大大提高了装配精度,得到镜片装配平均角度误差小于0.5 mrad。搭建了NXFO性能测试平台,对其在可见光与X射线条件下的各项性能进行测试。结果表明,在可见光条件测得聚焦光学的焦距为1045 mm,焦斑直径Φ8 mm。在X射线条件下获得点扩散函数PSF(Point Spread Function)与能量包围函数EEF(Encircled Energy Function),焦距为1045 mm,焦斑直径Φ8.3 mm,焦斑80%能量直径为Φ4 mm,角分辨HPD(Half Power Diameter)为8.9’。实验测试了不同能量下聚焦光学的聚焦效率,得到了不同能量下聚焦光学的有效面积。聚焦效率分别为36.7%@1.49 keV、12.4%@4.51 keV,对应的有效面积分别为2874 mm~2@1.49 keV、970 mm~2@4.51 keV。提出了将NXFO用于空间X射线通信领域的想法,论证了其作为X射线信号接收与发射天线的可行性。结果表明,利用NXFO作为X射线通信的收发天线可以大大提高信号增益,解决X射线通信中的信号几何衰减严重、通信距离小的问题,为未来空间X射线通信的工程应用奠定基础。