激光惯性约束核聚变(ICF)是人类实现受控核聚变从而进行能源革命的重要技术手段。ICF靶丸聚变点火阶段持续时间短（约200ps）、空间尺度小(约200μm)，因此同时具备超高时间分辨和二维空间分辨的分幅成像测量设备成为高能物理研究尤其是ICF研究中不可或缺的诊断设备，其在靶丸内爆对称性、流体力学不稳定性和等离子体均匀性测量中具有不可替代的作用。目前广泛使用的基于微通道板(MCP)行波选通技术的分幅成像系统，由于时间分辨率受MCP渡越时间弥散限制，难以突破60ps，在靶丸聚变点火阶段只能获得三幅图像，远远无法满足ICF研究需要。　　针对上述问题，本文基于电子群时域调制技术设计了一种具备数皮秒(3.3ps)时间分辨能力的新型分幅成像系统，有望解决ICF研究中靶丸聚变点火阶段的皮秒时间分辨诊断难题。通过对系统工作机理的研究和核心光电成像器件的制备与测试，本文阐明了其工作机理，研究了变像管结构、高压驱动脉冲、取样相机等对系统时间分辨率的影响，验证了基于电子群时域调制技术实现高时间分辨率分幅成像的可行性。　　本论文的主要研究内容如下:　　1.根据光电子在时域调制变像管中的演绎和渡越过程，建立了时域调制分幅成像系统(MAG-XFC)时空特性分析电子光学理论模型，提取出系统时间分辨率和空间分辨率控制方程;确定了制约系统时间分辨率和空间分辨率的主要因素。理论计算表明，MAG-XFC时间分辨率远大于其物理时间分辨率(0.85ps)时，系统时间分辨率主要取决于时间分辨率调制因子M;MAG-XFC时间分辨率与其物理时间分辨率(0.85ps)可比拟时，系统时间分辨率主要取决于其物理时间分辨率;　　2.对影响MAG-XFC时间分辨率的各参数之间的制约关系进行了分析，确定了演示系统电子漂移距离、调制脉冲斜率、调制脉冲幅度等参数;建立了MAG-XFC电子光学仿真模型并完成其电子光学设计，利用时间调制传递函数和空间调制传递函数对电子光学设计结果进行了性能分析和评价。结果表明，通过对影响系统时空分辨的的参数进行优化设计，MAG-XFC演示系统理论时间分辨率可达1ps。　　3.基于对MAG-XFC各参数进行分析设计和模型仿真，研制了时域调制变像管（包括系统阴栅组件和聚焦系统）和取样相机;基于雪崩晶体管和渐变传输线技术设计并研制了调制脉冲和选通脉冲，实现了幅度约3.2kV、脉宽约200ps高压驱动脉冲产生和输出;完成了系统结构设计、加工和集成等。　　4.设计了演示系统静态空间分辨率和动态时间分辨率测试方案。利用空间分辨率测试板结合紫外灯对系统进行了静态空间分辨率测试，根据瑞利判据，系统静态空间分辨率达到5lp/mm;基于8ps紫外激光器结合马赫曾德干涉仪，进行了动态时间分辨率测试。测试结果表明，系统时间分辨率优于3.3ps，证实了基于电子群时域调制技术实现高时间分辨分幅成像的可行性和设计的正确性。　　本论文的创新工作主要体现在以下几个方面:　　1.将电子群时域调制技术应用到分幅成像技术中，通过在时域调制分幅成像电子光学系统中设计阴栅加速区和漂移区，从而引入了系统时间分辨率调制因子M，放大了光电子初始时序引起的时间差异，提高了分幅成像系统时间分辨率（从数十皮秒提高至0.85ps）;　　2.建立了时域调制变像管电子光学系统时空特性分析模型，对变像管工作机理、物理和技术理论时间分辨率、综合时间分辨率及影响因素进行了研究。结果表明，通过对调制脉冲幅度和斜率及漂移距离进行优化设计可以提高MAG-XFC时间分辨率。　　3.设计了超快(脉宽约200ps)精密同步(抖动约20ps)高压(幅度约3.2kV)脉冲产生电路，提出“恒流导通”方法，通过渐变波导设计实现脉冲产生电路阻抗渐变，从而使雪崩晶体管导通电流一致，有效减小脉冲产生电路动态电感，实现超快沿精密同步高压脉冲输出，为实现时域调制高时间分辨分幅成像提供了可靠保障。　　4.将长磁聚焦技术应用于MAG-XFC中。通过对磁场分布进行优化设计，克服了光电子发射能量分布和空间电荷效应引起的电子空间弥散，实现电子群空间聚焦，提高了MAG-XFC空间分辨率。