利用时间展宽分幅相机研究电子束的时间聚焦现象.当阴极未加载脉冲电压时，测得相机的时间分辨率为80 ps.当阴极加载斜率为14 V/ps的脉冲电压、电路延时为11.395 ns时，相机的时间分辨率为8.8 ps，电子束的时间宽度经历了被压缩到被展宽的过程.改变阴极脉冲下降沿斜率，研究电子束时间聚焦时系统时间分辨与下降沿斜率的关系.当下降沿斜率为1 V/ps时，时间分辨近似等于80 ps，电子束到达微通道板时其时间宽度约等于原始宽度.当斜率大于1 V/ps时，时间分辨小于80 ps，到达微通道板时电子束时间宽度被展宽.当斜率为0.5 V/ps时，时间分辨大于80 ps，到达微通道板时电子束时间宽度被压缩.

研制了电子束时间聚焦和时间准直系统，由时间聚焦器、时间准直器、条纹变像管、脉冲发生器和CCD 等组成。测量了系统对电子束的时间压缩比，当聚焦脉冲斜率为800 mV/ps 时，测得系统的时间压缩比为3.4∶1。研究了时间压缩比与聚焦脉冲斜率的关系，实验结果表明时间压缩比随着聚焦脉冲斜率的增大而提高。

为了补偿条纹变像管阴极和栅极之间的电子渡越时间弥散，提出了电子束时间聚焦和时间准直系统。系统中，时间聚焦器用来压缩补偿电子束团在加速过程中产生的时间宽度展宽，压缩补偿后的电子束团再通过时间准直器，时间准直器用来使输出的电子具有相同的能量，这样电子束团在后面的传输过程中就不会产生新的时间弥散。采用蒙特卡罗方法和有限差分法对系统进行了理论模拟。模拟结果表明，500 fs的电子脉冲经过时间聚焦器作用后，时间宽度变为131 fs，时间压缩比为3.8:1，此后由于时间准直器的作用，电子脉冲宽度保持在131 fs左右，时间准直性为16.8%。

实现电子脉冲在时域上的压缩是提高条纹相机以及超快电子衍射仪等超快诊断仪器时间分辨能力的关键，本文提出用时间聚焦的方法来改善超快诊断技术的时间分辨能力。通过在时间聚焦电极上加随时间线性增加的电场来补偿光电子在光电阴极和阳极之间的时间弥散，从而使快电子相对变慢，慢电子相对变快，达到在时域压缩电子脉冲的目的。用Monte Carlo方法和有限差分法对大量光电子的追踪模拟显示，这种利用随时间变化的电场对电子脉冲速度进行调制的方法可以将初始时间宽度为300 fs的电子脉冲压缩到50 fs，为研制时间分辨能力高于100 fs的条纹相机和超快电子衍射仪等超快诊断技术提供了一种思路。