自由电子激光是基于直线加速器的新型光源,以其超高功率、超短脉冲、强相干等特性成为最具发展前景的第四代同步辐射光源,将为众多科研领域的发展带来前所未有的机遇。为了获得超短、超高功率的激光脉冲,需要长度超短的电子束团,高效测量超短束团长度是保障光源高性能运行的前提。常规的束团长度测量方法已无法满足亚皮秒量级超短束团长度的测量需求,电光采样法以其系统简单、分辨率高、单发测量等优点正成为超短束团长度测量的新型必备方法。本文从理论模拟、实验设计两方面对电光采样法进行了详细且较深入的研究。理论模拟方面:本文系统地研究了库伦电场的分布特性,综合多种因素推导了电光晶体的响应函数并模拟了晶体的响应曲线,完成了对电光编码过程的完整模拟,分析了多种实验因素对测量信号的影响。结果表明,晶体对库伦电场的衰减效应随束团长度的减小而迅速增强;相位延迟与晶体厚度存在非线性关系,当束团长度为亚皮秒量级时,相位延迟与晶体厚度的关系曲线存在“拐点”;在本文实验条件下,电光探测信号的展宽在2.8%以内,信号形状无可观测的畸变,时间分辨率最高可达263 fs(RMS),信号强度受库伦电场方向及二分之一玻片角度的影响较大。实验设计方面:本文基于上海深紫外自由电子激光(SDUV-FEL)装置设计并搭建了国内首套光谱解码电光采样实验系统。设计与搭建了一套可满足1-10皮秒束团长度测量需求的大范围连续可调光栅展宽系统,展宽系数的理论值和实验测量值在误差范围内达到一致。设计了新型激光与电子束团粗步同步方案,该方案能实现对电子束团全程无损测量,为了配合同步与测量需要设计并加工了专门的真空腔及内部元件。理论推导了光谱仪标定系数的理论值,结果表明标定系数与光栅衍射面间距存在近似的线性关系。