脉冲展宽分幅相机是时间分辨率优于10 ps的二维超快诊断设备，但展宽脉冲沿阴极传输会引起阴极不同位置的电压分布出现差异，这会导致相机时间不均匀现象的产生，从而限制了大探测面相机的实现。采用雪崩三极管、雪崩二极管和高通滤波器设计了一种快斜率皮秒选通脉冲，基于电脉冲叠加原理，探讨了选通脉冲下降沿对时间不均匀性的提升效果。研究结果显示：当阴极电压为-2 kV、电子束初始时间宽度为5 ps和展宽斜率为11.9 V/ps时，随着展宽脉冲沿阴极起点传输到终点，阴极上的电子束展宽倍率由11.74增至39.04，基于相对误差原理，两者相差232.5%；当将选通脉冲下降沿和展宽脉冲同时加载至阴极时，电子束展宽倍率由11.28变化至14.23，两者相差下降至40.21%，此时脉冲展宽分幅相机的时间分辨均匀性得到了有效提升。

设计了短磁聚焦脉冲展宽分幅相机模型,以脉冲展宽原理和光电子运动方程为基础,研究了飞秒光电子在脉冲展宽系统中的加速、传输和成像特性,分析了时空弥散,探讨了降低时空弥散影响的方法。结果表明:当脉冲展宽系统长500 mm、展宽斜率为10 V·ps ^-1、加速电场为2 kV· mm ^-1时,传输时间弥散引起的总物理时间分辨率为1.62 ps,占相机时间分辨率的70%;空间弥散为62.87 μm,相机成像对比度降低了13.58%。提高加速电场能有效降低时空弥散对相机物理时间分辨率和成像对比度的影响。

模拟相机磁场分布和光电子运动轨迹,建立传输时间和距离的二维分布模型,分析磁聚焦时间弥散和畸变的成因及其降低方法。研究结果表明,时间弥散和畸变与物点(即阴极位置)沿轴磁场强度密切相关,并随物点离轴距离的增大而变大,通过适当提升轴对称磁场均匀性可降低磁聚焦时间弥散和畸变。当漏磁缝隙由4 mm扩宽至40 mm时,轴上与离轴30 mm物点的沿轴磁场强度峰值比由0.82提高到0.89,时间弥散由127 fs和435 fs分别减小至120.6 fs和378.4 fs,离轴30 mm物点的时间畸变率由4.61%下降至4.01%。