围绕小型条纹变像管, 数值研究了光电阴极发射的光电子的初始能量及球面阴极曲率半径对物理时间分辨率及时间畸变的影响.结果表明：物理时间分辨率受光电子初始能量影响较大, 受阴极曲率半径及离轴距离影响较小; 离轴距离越大, 时间畸变越大; 平面型光电阴极在离轴8 mm的物点处, 时间畸变大于40 ps; 随着阴极曲率半径的减小, 时间畸变逐渐由正值变为负值; 当阴极曲率半径为70 mm时, 条纹管在整个阴极工作狭缝16 mm内的时间畸变小于8 ps; 同时, 在4.3 ns全屏扫描时间条件下, 光电阴极发射的狭缝像在荧光屏上几乎没有弯曲, 且即使在离轴8 mm的物点处, 光电阴极空间分辨率仍可高达25 lp/mm @ MTF=10%. 此外, 实验测试了条纹变像管的静态空间分辨率、阴极积分灵敏度及条纹变像管的亮度增益特性.测试结果显示：光电阴极中心处空间分辨率高于28 lp/mm, 边缘处高于18 lp/mm; 阴极灵敏度为178 μA/lm, 亮度增益高于12, 远高于具有相同探测面积的皮秒条纹变像管的亮度增益(亮度增益仅为0.5), 在条纹管激光雷达领域具有较强的弱信号探测能力.

建立了各向异性聚焦大动态条纹变像管电子光学模型, 通过求解整个系统的电场分布对可能的高压打火点进行了分析, 研究了电四极透镜对条纹管放大倍率以及静态和动态像质的影响, 并计算了该管型的时间畸变.结果表明, 在20 mm长狭缝的情况下, 时间畸变为15 ps, 在这15 ps内, 偏转器所施加的扫描电压的变化范围仅为3.06 V, 因此由时间畸变导致狭缝像弯曲的现象几乎可以忽略.实验测试得该条纹相机的时间分辨可达1.8 ps, 在时间分辨为8 ps时, 动态范围超过1 000∶1.

利用三维电磁仿真软件CST 模拟设计了一款小型电聚焦条纹管，在模拟中采用了正交实验法来确定条纹管各电极间距离及各电极电压。同时，根据条纹管像差定义对其像质进行了全面的理论分析和评价。优化设计的条纹管阴极有效工作面积直径大于28 mm，物理时间分辨率优于30 ps，边缘静态空间分辨率大于20 lp/mm，条纹管放大倍率为1.07，总管长仅为100 mm，管外围直径为50 mm。满足航天、空间探测以及海洋执法等应用领域非扫描式激光雷达技术对大探测面积、超小型条纹变像管的应用需求。