分幅变像管是利用变像管技术实现脉冲选通、光电转换和图象增强的一种具有较高时间分辨本领和二维空间分辨本领的高速诊断设备,常被应用于亚纳秒范围内瞬间物理现象的探测研究。在惯性约束聚变(inertial confinement fusion,ICF)实验中,靶丸被压缩至几十个微米,过程现象持续时间约为100 ps,这就对诊断工具的时间分辨率和空间分辨率提出了进一步的要求。时间展宽分幅相机具有超高的时间分辨率,但是由于需要通过磁聚焦透镜将电子束成像于微通道板(MCP)像面,在成像过程中产生的电子束莫尔条纹以及电子光学系统的几何像差都会对成像质量造成影响。为此,本文针对分幅变像管的电子光学成像系统,对变像管的几何像差特性以及成像过程中产生的电子束莫尔条纹展开了研究,期望探寻一条提高分幅相机空间分辨率的有效途径,为我国ICF和Z-pinch的研究提供具有高时间分辨率、高空间分辨率和大工作面的诊断设备。文章介绍了国内外分幅相机及莫尔条纹技术的发展过程,并对分幅变像管的成像方式、像差特性以及电子束莫尔条纹展开了理论分析和实验研究,主要开展了以下工作:1.利用数值方法建立了电子束团在分幅变像管中加速、漂移、偏转过程的理论模型,并通过几何像差理论对分幅变像管电子光学成像过程中的像差与空间分辨特性展开了理论研究。2.采用模拟软件设计了短磁透镜分幅变像管模型,模拟仿真了分幅变像管中的电子光学成像过程,研究了成像位置、空间分辨率与透镜结构、离轴距离之间的关系。结果表明,当光电阴极电压为-3 k V,成像比例为2:1时,采用数值孔径为16 cm的单个磁透镜时,离轴距离10 mm范围内系统空间分辨率优于3.5 lp/mm,扩大磁透镜的数值孔径至40 cm后,系统的空间分辨率优于8lp/mm;选取数值孔径为16 cm的磁透镜,采用两个磁透镜时,离轴距离10 mm范围内系统空间分辨率优于6.5 lp/mm,采用三个磁透镜时,系统空间的分辨率可优于10 lp/mm。3.模拟仿真了长磁透镜分幅变像管的成像过程。结果表明,当长磁透镜线圈中的电流密度达到2.275×106 A/m2,采用强磁场约束电子圆周运动半径的方式进行成像时,其在离轴距离30 mm范围内空间分辨率约为6 lp/mm,且空间分辨率并不会随离轴距离的增加而产生明显的变化。4.根据理论模型搭建了测试分幅变像管静态空间分辨率的实验平台。对分幅变像管进行联调实验,成像比例为2:1时,测得单透镜结构在离轴距离12 mm位置系统空间分辨率优于5 lp/mm;双透镜结构在离轴距离24 mm位置系统空间分辨率优于5 lp/mm;三透镜结构则在离轴距离30 mm位置系统空间分辨率优于5 lp/mm。5.搭建了电子束莫尔条纹实验平台,从实验上获得了电子束莫尔条纹的测试结果,并将实验结果与光学莫尔条纹理论数据进行拟合验证,得出了电子束莫尔条纹随阴栅夹角变化的规律;对电子束莫尔条纹的调制度研究表明,当阴栅夹角为0°或超过45°时,电子束莫尔条纹调制度低于5%,降低电子束莫尔条纹调制度可以避免莫尔条纹对成像背景均匀性造成影响。本文主要创新点如下:1.首次提出适用于时间展宽分幅相机的组合透镜联合成像分幅变像管,有效改善了电子光学系统成像过程出现的几何像差,在相同空间分辨率情况下,使探测面积相对于单透镜像管提升了四倍以上。2.搭建了专门用于观测变像管中电子束莫尔条纹的实验平台,首次记录并分析了分幅变像管中的电子束莫尔条纹,归纳出电子束莫尔条纹随阴栅间角度变化的规律,并通过光学莫尔条纹理论进行验证,论证了电子束莫尔条纹和光学莫尔条纹理论之间的关系,提出在分幅变像管成像过程中消除莫尔条纹的方法。