近年来,基于激光等离子体加速器的逆康普顿散射X射线源——全光逆康普顿散射源（all-optical inverse Compton scattering X-ray source,AOCS）取得了 蓬勃的发展。AOCS由激光等离子体加速器电子束与激光对撞产生,拥有准单色、微焦点、能量可调、偏振可控、规模紧凑等特点,在医疗影像、工业无损检测、核物理研究等领域具有广阔的应用前景。但是,目前关于AOCS的研究主要局限于射线源基本参数的优化和初步的吸收成像演示,而关于如何将其用于高精度CT成像的研究还非常欠缺,因此对基于AOCS的CT成像开展系统的研究必要且迫切。同时,目前关于AOCS的偏振特性研究非常少,极大限制了基于该特性的进一步应用,故开展偏振可控AOCS的产生与诊断等研究具有重要意义。本论文围绕上述两个关键问题,通过理论、模拟和实验相结合的方法开展了深入研究。论文首先在第二章对逆康普顿散射源的能谱、空间分布、偏振等物理特性进行了理论与蒙特卡洛模拟分析,为开展关于AOCS的研究奠定理论基础。产生高通量、稳定的AOCS是对其进行物理特性及应用研究的重要前提。论文第三章基于单束激光的AOCS机制,通过优化电子束电荷量和等离子体镜系统,产生了单发光子数～3×107、平均能量～71keV、有效焦点尺寸～14μm的稳定X射线,并通过吸收成像验证了其空间分辨能力,为进一步的实验研究创造条件。针对AOCS的偏振特性,论文在第四章首先通过对激光偏振态进行调控获得了不同偏振态的AOCS,然后利用康普顿散射法对其中线偏振与圆偏振AOCS的偏振态进行诊断,验证其偏振可控特性,并给出线偏振AOCS的偏振度约为75%。该研究对进一步开展基于AOCS偏振特性的应用具有极大的推动作用。针对AOCS在CT成像中的应用潜力,论文在第五章首先系统分析了 AOCS的优势,然后提出并实验演示了一种基于AOCS的感兴趣区域微焦点CT,获得了实验样品的高品质三维重建图像,空间分辨率达～16μm,该实验也是国际上首个基于AOCS的CT成像结果。论文在第六章利用AOCS的能谱啁啾特性,提出一种新型双能微焦点CT方案,并通过数值模拟对其进行了验证,重建得到了测试样品超高精度的空间结构与准确的材料信息。上述CT成像研究对于AOCS在医疗影像与工业探伤等领域的实际应用具有重要意义。