实现惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)过程中各种超快现象的高时空分辨诊断对成功实现ICF具有重要的意义,尤其是对可见光的测量可以有效地获得激光打靶过程中一些关键的物理参数。但是,现有的成像诊断技术已远远不能满足ICF诊断对时空分辨率的要求。二维转一维传像束耦合条纹相机形成的传像束系统和压缩超快成像系统(compressed ultrafast photography system,CUP系统)均通过条纹相机完成记录,具备条纹相机带来的世界上最快的时间分辨率(通常为ps量级)这一诊断优势,因此这两种基于条纹相机的超快二维成像技术在ICF诊断中具有十分广阔的应用前景。但由于ICF的物理过程复杂,以上两种超快二维成像技术无法直接应用于ICF的相关诊断中,还需对其应用做进一步的研究。本文在此基础上首先对这两种超快二维成像技术进行了详细的介绍,并提出根据两者的特点,将其应用于不同的超快物理诊断中。CUP系统用来完成冲击波诊断,形成一套具有超快时间分辨能力的二维冲击波诊断系统;传像束系统用来完成近背向散射光诊断,形成一套具有超快时间分辨能力的二维近背向散射光诊断系统。在实验诊断的基础上,建立了简化的以及更符合实际情况的冲击波模型,从理论上验证了CUP系统应用于冲击波诊断的可能性,说明了此套具有超快时间分辨能力的二维冲击波诊断系统的可行性。此外,通过在实验室搭建离线的CUP系统,成功还原了一个时间分辨率为2ps的光斑随时间不断演化的过程。在此基础上,在神光III原型激光装置内搭建了该新型二维冲击波诊断系统,参与了冲击波的诊断实验。根据实验结果并结合实际情况,对该系统进行了一定的优化改善:取消了外置CCD的使用,为实验过程提供了较大的便利;使用两条4f系统代替了分束立方体,极大地提高了光强,增强了图像对比度;找到了更适合重构冲击波条纹图像的算法。以上研究为二维冲击波诊断系统后续的应用打下了坚实的基础。同时通过离线实验研究了二维转一维传像束,实验结果证明了这套系统具有一定的二维图像测量能力。并在此基础上,在神光III原型激光装置内搭建了具有超快时间分辨能力的二维近背向散射光诊断系统,完成了近背向散射光测量实验,实现了时间分辨率高达5ps的二维测量。最后根据实际情况,提出该系统优化改进的可行性,优化传像束二维端中光纤的排布并使用直径更小的光纤使其具有更高的空间分辨率以完成极端条件下更高精度物理过程的测量。本文的研究将有助于对ICF过程中产生的可见光内容进行超快二维诊断,为其他的核聚变诊断技术提供参考,对成功实现ICF具有十分重要的实际应用价值。