门控分幅相机工作过程中，选通脉冲传输衰减效应会大幅度削弱微通道板（MCP）微带线的增益，影响相机性能。本文建立了选通电压脉冲在MCP微带线上的传输衰减模型，对MCP增益均匀性进行了理论模拟。模拟结果表明，电压脉冲在MCP微带传输时，其幅值呈指数式衰减。当衰减系数为0.0041 Np/mm时，电压幅值在40 mm处衰减至原来的85%，MCP增益衰减至原来的29%。模拟了直流电压补偿、微带末端反射补偿及宽度渐变微带线补偿这三种方法对MCP增益均匀性的影响。结合三种补偿方法得到微带线补偿模型；当微带线最小宽度取4 mm时，电压传输幅值维持在94%以上，MCP增益维持在66%。

实现目标实时动态追踪与识别是条纹管激光成像雷达中亟待解决的问题,针对条纹管激光成像雷达峰值探测三维重构算法运算时间长的问题,提出一种抽样插值目标三维重构算法,以一定的抽样率对条纹图像等间隔抽样并插值运算,再进行峰值特征提取运算。当抽样率为4%时,对于探测距离为706 m的目标,抽样双线性插值重构法的运算速度比原重构法提高了2.3倍,三维重构矩阵的相关系数约为0.99;抽样最近邻插值重构法的运算速度比原重构法提高了3.5倍,三维重构矩阵的相关系数约为0.98。实验结果表明所提算法可以提高目标三维重构速度,并且目标条纹图像帧幅数越多,目标三维重构速度改善效果越好。

为得到更为精细的三维重构, 提出一种基于信赖域法高斯拟合的峰值探测法, 对每帧图像单时间通道的回波进行高斯建模, 建模结果可有效减小噪声干扰, 具有唯一峰值, 该结果作为新的回波波形, 再对其进行峰值探测, 并基于空中目标实验数据对本文方法进行验证.实验结果表明, 基于高斯拟合的峰值探测法可将特征数据的提取误差降至10%以内; 利用该方法提取特征数据进行目标三维重构, 可实现探测深度方向上最小30 cm的空间分辨力, 提高了条纹管激光雷达的三维成像精度.

随着条纹管器件技术的发展, 条纹管作为瞬态光学器件的应用不再局限于高速摄影和光谱学研究领域。建立以单狭缝条纹管为核心器件的扫描相机激光成像系统, 对目标进行推扫成像, 获得原始条纹图像, 并进行特征数据提取和三维重建。理论计算出的两目标的距离差与实际距离差较接近, 从而验证采用该系统作激光雷达成像的可行性。实验结果表明, 基于扫描相机激光雷达具有高分辨率, 具有较好的应用前景。

为满足目标面上均匀照明的需求, 设计了一款自由曲面透镜。根据LED光源的发光特点, 结合光学成像的特性, 非成像光学原理和能量守恒定理, 推导出实现光能量在目标面上均匀分布的自由曲面面形的微分方程, 采用matlab的ode算法求出面形上的离散坐标点, 对离散坐标点拟合后得到透镜模型, 通过光学模拟仿真软件对透镜模型进行光线追迹。结果表明, 配光角度为80°的透镜, 透镜的口径与光源发光面宽度之比大于等于9时, 目标面上的照度均匀性大于0.9, 光能利用率约为85%。该设计方法可以快速精确地设计出所需的透镜, 而且透镜结构紧凑, 单颗就能实现均匀照明, 有利于LED光源照明系统的小型化。

提出了一种内腔形式的双包层光纤激光器倍频绿光的结构，利用腔内极高的抽运光功率密度，理论上能获得高转换效率的倍频绿光输出，结合双包层光纤激光器结构紧凑的优点，容易实现激光器一体化。根据高斯光束透镜变换定律计算了透镜与系统的相对位置，当高斯光束聚焦参数等于倍频晶体长度两倍且束腰处于晶体输出端面时，系统处于最佳聚焦。实验输出10.5 mW绿光，系统倍频效率为0.35%。验证了激光在腔内形成振荡，表明该结构能实现高效的连续绿光输出。

研制了应用于平焦场光栅谱仪系统的宽微带X射线分幅相机，微通道板(MCP)微带阴极的宽度为20 mm，由四路选通脉冲同时驱动。分幅相机采用模块化设计，由气室、MCP变像管、电控系统、光学CCD记录系统和内嵌式计算机组成，内嵌PC104模块实现相机的远程控制。对相机进行联调实验，测得该相机的时间分辨率为71 ps，空间分辨率为20 lp/mm，垂直于选通脉冲传播方向的微带均匀性为1.51，平行于选通脉冲传播方向的微带均匀性为5.11。

为获得能够实际应用的飞秒时间分辨软X射线变像管，提出并完成了一种新的扫描变像管管型的理论设计。新管型采用五电极平面对称静电柱透镜,它易于对电子束进行强聚焦，且没有轴对称透镜的电子束聚焦交叉点，由此可以缩短变像管长度，减小渡越时间弥散和抑制空间电荷效应，从而提高动态范围和时间分辨率。通过模拟计算得到：在光电子初能量色散半高宽为1.6 eV、狭缝面积为10 mm×20 μm、时间分辨能力为500 fs时，软X射线变像管有用的动态范围约100倍。

时间分辨力是变像管扫描相机的重要技术参数, 提出了将超分辨率图像复原理论应用于超快诊断研究, 首先阐述了图像超分辨率复原在超快诊断中应用的可能性, 给出了变像管扫描相机图像点扩散函数的分析和计算方法。最后, 基于Poisson-MMAP(MPMAP)超分辨力复原算法, 获得了Au阴极X射线变像管扫描相机的图像复原结果, 实验结果证明了方法的有效性, 为变像管扫描相机时间分辨力的提高提供了一种新的途径。

优化设计和研制了一种旨在获得大的动态范围的皮秒时间分辨软X射线扫描相机系统.该相机阴极有效面积Φ30 mm，聚焦电压8 kV，有效防止了打火对动态范围的影响；摒弃了微通道板内增强器，引入了后加速系统，以保证足够高的荧光屏量子效率；采用了大动态范围的像增强器进行图像外增强.借助于皮秒激光器动态测试和标定系统对其性能进行了实验评价，获得了动态范围大于2 000的结果.