针对切伦科夫辐射特点，采用厚度尽量小的石英薄片作为转换靶，并将电子束以切伦科夫辐射角入射转换靶的形式构成一种电子束发散角分布的测量布局，并基于焦平面成像原理，研制了相应的电子束发散角光学测量系统。在强流脉冲直线感应加速器上完成了装置研制和测试工作，显示了电子束发散角分布测量系统可以获得电子束一定方向上的散角分布概况，测量结果具有一定的可信度，具有装置结构简单、数据处理难度低及速度快等特点。

光阴极注入器为X射线自由电子激光提供高品质电子束团，其中，阴极面上电子发射的均匀性在很大程度上影响着电子束团的束流品质，实验中常通过测量光阴极量子效率分布来评估电子发射的均匀性。成像法测量光阴极量子效率分布时具有实时、高分辨的特点，目前，此方法只在电磁分离型光阴极注入器中有所应用。探索成像法在电磁叠加型光阴极注入器中应用的可行性，采用理论分析结合数值模拟的方法，研究结果显示成像法适用于电磁叠加型光阴极注入器，且由此获得的量子效率分布具有阴极面中心位置处分辨率优于外层的特点。此外，针对成像法在初始束团横向动量分布测量中的应用进行模拟计算分析，并在此基础上提出一种判断阴极面剩余磁场是否为零的方法。

强流直线感应加速器（LIA）主要应用于闪光照相试验，对其工作可靠性的要求很高。但LIA中包含了庞大的高电压脉冲功率系统，在充电及等待时期，存在发生自激的可能性，从而导致试验失败，并造成重大经济损失及严重影响。从对Marx等装置发生自激后进行立即监测控制的角度，提出了一种提高闪光照相试验可靠性的方法，并研制了可靠性高、适应各种高压放电装置的无源放电检测探头，采用大规模可编程集成电路作为系统中的逻辑处理单元，提高了系统集成度，降低了线路的复杂程度，降低了系统调试的难度，研制的监测控制器可方便地进行监测路数的扩充，适应多达几十路放电装置的检测与监控。功率系统装置自激后，自激监测控制系统响应速度快，最快可以达到100 ns级，且系统抗干扰能力强，满足在闪光试验环境工作的要求，达到了在一定程度上提高闪光照相试验可靠性的目的。

利用切伦科夫辐射方向性极好的特性进行电子束发散角的测量是一个比较有希望的方法，但转换靶材料对电子的库伦作用力等因素又使得电子束散角展宽，对发散角的测量产生影响。在将转换靶划分成多重薄片并以串联的形式构建了靶模型，考虑了库仑力、多重散射、轫致辐射、电离等全物理过程作用效果的情况下，利用蒙特卡罗模拟软件相关程序对电子在靶材料中的发散过程进行了仿真。基于电子束散角分布与切伦科夫辐射光子分布相对应的原理，完成了对电子束发散角测量技术的模拟，获得了转换靶材料及其厚度、电子束能散、测量系统光学带宽等对电子束发散角测量的影响规律，为测量系统的设计及数据反演处理工作提供了指导性的建议。模拟结果显示，基于切伦科夫辐射进行电子束发散角测量的方法具有可行性，具有一定的对电子束发散角分布进行测量的能力。

在一种猝发高重频的X射线自由电子激光（XFEL）装置中，由于受到光阴极注入器内补偿螺线管与电子枪之间特殊结构的限制，阴极附近电场与磁场为叠加状态。实验中需要对阴极热发射度进行测量，而测量热发射度常用的螺线管扫描法基于几何发射度不变的前提，无法直接应用于电磁场叠加的结构。针对这一问题，考虑到归一化过程可以剔除电场对发射度的影响，基于此，研究归一化相空间中应用的螺线管扫描法，并通过仿真计算与分析，最终证明该方法适用于电磁叠加场中阴极热发射度的测量。

电荷耦合器件(CCD)是一类高性能的光电成像器件，具有成像阵列大、图像质量好的特点。但由于正常工作驱动时序复杂，工作帧频一般较低，无法满足较高成像帧频的要求。针对一种双脉冲发光图像的高速高分辨高质量成像要求，根据CCD信号电荷收集及转移的电极驱动特性，选择合适的CCD类型，以电荷转移时序为时间分隔界限，设计了一种电极直接进行控制的时序，实现了两个光脉冲图像的分离积分及信号转移、读出等，完成了双脉冲发光图像的等效高帧频曝光的原理验证，在保持CCD原有高成像质量的情况下获得了μs级间隔的两幅图像可分辨的能力，并实现了一种二分幅相机系统。

针对螺线管磁轴测量中的悬丝位置、测量信号失真、磁轴偏轴和磁轴倾斜信号的分离数据处理要求等问题，采用一种高偏置消除的信号检测与测量方法，并对探测器采用了相关的恒定驱动技术，进一步提高了信号产生的稳定性及抗干扰能力，研制了一种可以获得比较直接的悬丝振动信号的测量系统，解决了单纯采用交流耦合隔直滤波放大器或带通滤波放大器不能获得完全准确的测量信号的问题，确保了在较高的直流偏置下获得没有畸变的较小测量信号，消除了测量信号中低频分量基线倾斜及其中起伏的影响，并实现了磁轴偏移和磁轴倾斜信号的分离，极大地提高了螺线管线圈磁轴的测量灵敏度，实际测试结果显示测量灵敏度提高约1个量级。