磁绝缘离子二极管是强流脉冲离子束（HIPIB）设备的核心部件,为拓展强流脉冲离子束技术在表面工程领域的应用,亟待发展长寿命、参数稳定且使用维护成本低的强流脉冲离子源。本文在TEMP-6型HIPIB设备基础上,结合双极脉冲电源系统的改造升级,设计了弧柱面聚焦自磁绝缘气体离子二极管,研究了该强流脉冲气体离子源的双极脉冲放电特性,基于红外热成像法诊断HIPIB总能量及其焦点能量密度,采用法拉第筒测量离子束流密度,基于离子束飞行时间法分析离子成分,研究了离子束能量密度、离子束流密度以及离子成分产生规律,讨论了离子束输出稳定性的主要影响因素,并提出了改善离子束稳定性的方法。实验研究了在真空背底气压为5 mPa时,离子二极管双极脉冲电压的负脉冲幅值和延迟时间对HIPIB参数的影响作用,在此基础上,研究了在二极管阳极中通入不同气体（N₂、CH₄、CO₂、H₂）对HIPIB输出参数的影响。结果表明,在背底气压下,负脉冲幅值从230 kV增加到320 kV,分别得到了单一N⁺、混合N⁺和N²⁺及单一N²⁺离子束。当延迟时间从400 ns增加到600 ns时,HIPIB的总能量和焦点能量密度先增加后减小,综合考虑离子束能量密度幅值及其稳定性,确定了脉冲时间450 ns和离子二极管阴阳极间隙为9¹1 mm的合适条件,开展后续引入气体的实验研究。固定相同的幅值负脉冲320 kV和延迟时间450 ns条件,在阳极中通入不同气体导致了HIPIB输出的总能量和焦点能量密度不同。在阳极中通入CH₄时,HIPIB的总能量和焦点能量密度最大,离子束的主要成分为C²⁺和H⁺,在阳极中通入CO₂时,离子束的主要成分为C²⁺和C³⁺。在阳极中通入H₂时,离子束的主要成分为N⁺,少部分的H⁺。实验研究了多次脉冲放电的稳定性,除了采用能量波动率作为稳定性的评价指标参数,还通过线性拟合得到随次数的能量密度变化率K_q值进行HIPIB稳定性的定量评价,分析了真空背底气压、不同阳极表面材料、以及改进的阴极结构对HIPIB输出稳定性的影响。结果表明,在背底气压为5 mPa时,连续输出增加到25次脉冲,HIPIB的稳定性明显下降,总能量均值为34 J,波动率为18%;焦点能量密度均值为2.9 J/cm²,波动率为25%,K_q为-75.1%。在阳极中通入氮气,显著地提高HIPIB多脉冲输出的稳定性。氮气工作气压达到10 mPa时,连续25次脉冲HIPIB总能量的平均值为37 J,波动率为11%;焦点能量密度的平均值为3.4 J/cm²,波动为26%,K_q为+17.3%。随着背底气压从5 mPa增加到100 mPa,HIPIB焦点能量密度、离子束流密度和总能量均呈现降低的趋势,焦点位置的波动逐渐增大。同时,不同阳极表面材料对HIPIB的总能量和焦点能量密度也产生明显影响。在背底气压为5 mPa时,使用铜阳极和钛阳极,连续25次脉冲HIPIB的K_q分别为-26.7%和-82.9%,通入氮气仍可显著提高不同阳极材料的HIPIB多脉冲稳定性,连续25次脉冲HIPIB的K_q值分别为+5.9%和+2.1%。