为了减小阿秒脉冲聚焦反射过程的能量损失、降低阿秒脉冲测量过程中由聚焦像差引起的测量误差以及提高阿秒光脉冲光谱分析监测的可操作性, 采用各环节性能分别优化的方法, 设计了一种高能阿秒光脉冲聚焦及光谱分析复合系统, 聚焦及光谱分析元件分别采用镀金掠入射型超环面镜和掠入射型凹面聚焦光栅, 并给出了其具体结构和特性参量。结果表明, 此系统适用于以短脉宽、高能量阿秒脉冲为新型探针的阿秒光谱学研究。

设计了一款长度为265 mm的飞秒条纹管。采用短磁聚焦透镜和行波偏转板，并将行波偏转板置于磁透镜之前以提高偏转灵敏度。采用蒙特卡罗方法对阴极表面理想点和阴极狭缝发射的光电子初始参量进行了模拟抽样，用CST软件的Particle Tracking模块模拟跟踪了光电子的运行轨迹，统计分析了光电子在最佳像面上的位置分布和渡越时间，给出了光电子在最佳像面上的点扩展函数和调制传递函数。计算结果显示，所设计的条纹管阴极有效尺寸达到6 mm，放大率为2.4~2.5，动态空间分辨力大于55 lp/mm。经保守估算，条纹管的时间分辨力有望达到245 fs。

针对多碱光电阴极进行了理论建模和性能模拟，采用层状模型：Na2KSb+K2CsSb+Sb·Cs偶极层，讨论了各层厚度、掺杂离子浓度对多碱阴极能带以及光谱响应特性的影响，结果显示表面K2CsSb和Sb·Cs两层的n型掺杂较高时，能够有效降低表面亲和势，有利于光电子的输运以及逸出。Na2KSb的掺杂离子浓度并非越高越好，主要原因是掺杂离子浓度影响着内建电场强度与范围，内建电场增大使电子扩散距离增加，有更高的几率到达阴极表面，在掺杂离子浓度为1016 cm-3左右时可获得最高灵敏度。分析了厚度对阴极灵敏度的影响，对于特定波长入射光，存在最佳厚度使对应波长的灵敏度最高，且由于内建电场的影响，不同掺杂离子浓度会使最佳厚度有所不同，当内建电场较强时，阴极的最佳厚度增大。对700 nm入射光，在掺杂离子浓度为1017 cm-3以及1016 cm-3时，最佳厚度分别为80 nm和200 nm。

优化设计了一种大动态范围的X光条纹变像管。该管采用圆筒型电极结构，通过提高加速电压和优化电子光学系统来减小空间电荷效应的影响，并使用调制传递函数模拟了高压电子光学系统的时空特性。采用Au阴极和大动态微通道板(MCP)，以进一步扩大条纹变像管动态范围。采用NdYLF激光器平台和动态扫描电路对条纹变像管的性能进行了实验评价，激光器输出光脉冲宽度为8 ps，动态测试结果显示，该条纹变像管动态范围高于1000，时间分辨率优于14 ps，动态空间分辨率优于15 lp/mm。实验结果表明，该变像管性能达到设计要求，可基本满足超快诊断的需求，同时表明优化方向和设计方案是正确的。

通过采用各向异性聚焦及电四极透镜技术，设计出物理弥散达到0.38 ps，边缘空间分辨力达到56 lp/mm的新型条纹变像管。研制出对条纹相机高压输出、环境监测、扫描档位切换和相机工作方式选择的模块化程控系统。利用Nd:YLF(脉冲宽度8 ps、波长263 nm)脉冲激光器对相机的性能指标进行了标定，测得静态和动态空间分辨力分别为35 lp/mm和25 lp/mm，动态范围达到950∶1，时间分辨力达到8 ps，在扫描和狭缝方向可实现独立变倍和KB显微镜耦合，便于对目标的空间分辨力进行灵活配置。

为了研究高次谐波极紫外阿秒脉冲产生过程中的谐波相位匹配问题，基于光场电离高次谐波产生过程3步分析模型得出了高次谐波产生过程的理论描述解析式，并以此分析了阿秒脉冲产生过程中的高次谐波本征原子相位。由研究可知，除最高阶谐波外，对同一阶高次谐波产生有贡献的电子均有两类——长轨迹电子和短轨迹电子，各高次谐波长轨迹电子产生的谐波谱相之间几乎不存在线性关系，而短轨迹电子产生的高次谐波谱相之间则存在着良好的线性关系。结果表明，抑制各谐波长轨迹电子有助于产生更小脉宽阿秒脉冲。此结果对极紫外阿秒脉冲产生实验中的高次谐波相位匹配有重要的参考价值。

为了对短时间大视场一维光强信息进行采集，采用编码转换技术和自聚焦透镜矩形阵列设计了光开关，用小口径电光晶体实现了大视场的测量.采用MOS管级联的高压同步电路，使得系统具有结构紧凑、性价比高、寿命长等优点.实验结果表明：开关选通时间100±5 ns，前后沿小于25 ns，消光比1 100∶1.

通过理论计算研究装架精度对条纹管性能的影响.计算条纹管偏差装架时的电子轨迹；计算条纹管偏差装架时的空间调制函数以及阴极面处圆图案在最佳相面处的图像，从而研究条纹管装架过程中各电极的偏差安装对条纹管空间分辨率、图像畸变程度的影响.结果表明.各电极的同轴度以及电极筒本身的加工精度是影响条纹管性能指标尤其是空间分辨率的主要因素.

分析了双近贴式X射线像增强器响应不一致性的产生机理，对每个像元建立了光电响应的数学模型.基于该模型，提出了一种改进的多点校正算法.该算法将对数曲线模型转化为线性响应模型，通过基于最小二乘法的两点拟合算法对图像数据进行校正.对比分析了校正前后图像的背景标准差及灰度分布曲线，实验结果验证了该方法的有效性.

介绍了一种响应波长在120nm～200nm的紫外像增强器。它是采用CsI直接蒸镀在MCP上形成反射式光电阴极，用MgF₂作为输入窗口，光纤面板作为输出窗的真空光电器件。管型采用近贴聚焦结构，从而使得弥散和像差得以减小，具有高的量子效率和空间分辨率。在静态测试中，空间分辨率可以达到18lp／mm。该紫外像增强器可用于空间科学和天文观测领域。