短磁聚焦脉冲展宽分幅相机是一种具有长漂移区的二维超快诊断设备。通常采用轴上和离轴的点空间分辨率对其近轴空间分辨能力和工作面积进行评估，但由于像场弯曲会引起高斯像面的空间分辨不均匀，因此难以评价相机的整体空间分辨能力，所以研究一种能量化空间分辨能力的方法具有重要意义。为探讨新方法，采用COMSOL软件建立模型，基于场曲特性重建三维成像曲面，采用标准差分析成像曲面与高斯像面之间的偏离程度，通过融合点空间分辨率和整体调制度构建高斯像面空间分辨率，并运用相对误差量化高斯像面空间分辨均匀性。研究结果显示，在组合磁透镜的孔距为200 mm、漏磁缝隙为10 mm、轴向宽度为100 mm、漂移区长度为400 mm、成像半径为21 mm、阴极为-3.75 kV的情况下，随着成像磁场变化，成像曲面与高斯像面之间的偏离程度，以及高斯像面空间分辨率均呈开口向上的抛物线形状，并在成像磁场为41.97 Gs（1 Gs=10^-4 T）时，两像面偏离程度标准差达到最小，为2.82 mm，高斯像面空间分辨率提升至最优，为292.80 μm，表征空间均匀性的调制度差值降低至最小，为330%。本文研究为评估短磁聚焦脉冲展宽分幅相机的最优空间分辨性能提供了一种可量化的参考方法。

基于磁聚焦成像的脉冲展宽分幅相机是具有超快时间分辨的诊断设备，空间电荷效应是制约其时空性能向更高量级提升的主要因素。为研究脉冲展宽分幅相机中的空间电荷效应，基于电子脉冲电势分布和电场力方程建立研究模型，将电子脉冲动态特性融入模型分析。研究结果显示，由成像磁场引起的电子脉冲动态半径对空间电荷效应时空弥散影响显著，当轴上磁场强度为4.585×10^-3 T时，随着离轴位置增加至15 mm，磁场强度提高到4.763×10^-3 T；由于离轴电子脉冲散焦使动态半径较大，因此在降低电子密度的同时，使空间电荷效应的时间弥散由2.94 ps减小至483 fs，空间弥散由668 μm减小至22 μm；当轴上磁场强度由4.585×10^-3 T降低至3.359×10^-3 T时，与最优空间分辨性能相似，空间电荷效应时空弥散在磁场3.4×10^-3~3.5×10^-3 T区域内达到最小，此时离轴15 mm内的时间弥散范围为256~392 fs，空间弥散范围为3.1~15.4 μm。研究结论为分析磁场对脉冲展宽分幅相机空间电荷效应的影响提供一定的理论参考。

在脉冲法激光测距系统中，由于电光/光电转换、目标物的位置及反射率变化，回波脉冲的幅值和脉宽通常会发生改变，导致直接使用固定阈值法时测距系统会产生较大的误差。虽然自动增益控制系统可以减少该误差，但当前大部分自动增益控制都是通过峰值保持电路测量回波脉冲的峰值，存在保持峰值衰减、不稳定、响应速度慢等问题。为此，本研究使用250 MHz高速模数转换模块采集回波脉冲的峰值，并在现场可编程逻辑门阵列内实现峰值保持与清零。与带有峰值保持电路的自动增益控制系统相比，该系统具有电路简单、电压峰值不会衰减、响应速度更快等优点。实验结果表明：设计的带有改进型自动增益控制的激光测距系统可以有效地把回波幅值控制在较小范围内（0.76~1.44 V），从而减小测量误差。

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。

采用蒙特卡罗方法、有限差分法和有限元法，对脉冲展宽分幅相机的空间分辨特性进行了理论模拟和研究。光电阴极（PC）产生的电子脉冲首先通过脉冲展宽装置轴向拉伸，然后通过三个短磁透镜组成的成像系统成像到微通道板上。当相机成像倍率为1∶1时，电子脉冲发射位置在PC面直径15 mm范围内，相机的空间分辨率大于10 lp/mm。最后研究了相机空间分辨率与电子脉冲的发射位置、PC偏置电压、短磁透镜数量之间的关系，结果显示，空间分辨率与电子脉冲的发射位置、PC偏置电压、短磁透镜数量正相关。

磁聚焦脉冲展宽分幅变像管是时间分辨率优于10 ps的超快诊断设备，其空间分辨率与成像磁场密切相关。为讨论该问题，建立了脉冲展宽分幅变像管模型，在不同半径发射区域成像磁场下，采用瑞利判据对点成像分布计算空间分辨率，并基于轴上最优和物点间差异最小原则，分析最优成像磁场。研究结果表明，在单磁透镜脉冲展宽分幅变像管中，整体空间分辨率不随磁场增大或减小而变好，而是存在一个特定发射区域对应的成像磁场，使其达到最优。当透镜孔径为160 mm、漏磁缝隙为4 mm、轴向宽度为100 mm、漂移区为500 mm和电子发射能量为3 keV时，8 mm半径区域的成像磁场为最优，其轴上最大磁场为37.87×10^-4 T。在微通道板空间分辨率为55 μm和缩小1倍成像的情况下，物面0、5、10、15 mm位置的空间分辨率分别为29.86、43.08、87.07、276.88 μm，模拟计算结果与已测数据基本吻合。研究结论为建立成像磁场和整体空间分辨率之间的联系及最优化空间分辨率的模拟计算提供了一种具有参考性的方法。

报道了一种采用双磁透镜校正像差的脉冲展宽分幅相机，并对其空间分辨率、场曲及象散特性进行分析。当缩放比例为2∶1时，采用单透镜的分幅相机工作面的半径为15 mm，离轴15 mm处空间分辨率为2 lp/mm；采用双透镜对像差进行校正后，工作面的半径提升至30 mm，离轴15 mm处空间分辨率提升为5 lp/mm。通过实验和仿真对单透镜和双透镜成像系统的像场弯曲进行拟合，场曲面离轴15 mm处成像点与轴上像点的轴向距离在单透镜成像系统中约为11 cm，在双透镜成像系统中约为3 cm。对双透镜系统的象散进行分析，并对子午像面和弧矢像面进行拟合，相机的子午空间分辨率和弧矢空间分辨率均可达到10 lp/mm。

在啁啾脉冲放大 (CPA) 系统中, 时域展宽器与压缩器的匹配是获得高对比度飞秒脉冲的关键。相比较常规的 Martinez 和 ffner 结构的展宽器, 基于同心结构的展宽器由于物与像完全重合, 可以消除像差带来的高阶色散的影响, 进而采用光栅对压缩器以获得更好的压缩效果。透射光栅对和凹面反射镜组合实现的同心展宽器具有结构紧凑的优点, 将该展宽器替代原有的 Martinez 型展宽器, 在重复频率为 1 kHz、泵浦功率为 11.4 W 的泵浦条件下, 展宽后的啁啾脉冲经环形腔钛宝石再生放大器进行能量放大, 再由光栅对进行压缩, 可获得脉冲宽度为 47.5 fs 的压缩结果, 接近于光谱带宽 22.1 nm 的傅里叶变换极限。该结果表明基于透射光栅的同心展宽器可以获得较好的飞秒脉冲压缩效果。