W波段扩展互作用速调管电子光学系统由皮尔斯电子枪与均匀永磁聚焦系统组成，用于电子注的产生与传输。利用Vaughan迭代综合法及数值模拟优化设计了皮尔斯电子枪，并按照电子注传输特性要求研制了均匀永磁聚焦结构。根据电子光学系统的三维模拟，导流系数0.21 μP，注电流大于0.5 A，注平均半径小于0.3 mm，射程大于11 mm。永磁聚焦磁场约0.33 T，传输距离大于50 mm，电子注通过率达到100%。电子枪与聚焦系统已加工完毕并通过测试，技术指标满足要求。

为获取超快光脉冲信号，提出了一种基于光电子脉冲准线性展宽的高时间分辨二维成像技术。利用高频时变电场的线性工作区加速光电子脉冲信号，通过优化阴极激励源的电参数，选择光电子进入加速区的时刻实现光电子脉冲的准线性展宽。利用曝光时间100 ps的门控选通微通道板在脉冲展宽模块的记录面进行选通曝光成像，实现高时间分辨的二维成像。为改善系统的空间分辨和成像畸变，添加轴向聚焦磁场解决电子漂移区中由电子空间电荷效应引起的时间和空间弥散，对于能量4 keV、出射角0.1°的电子束，聚焦磁场的最佳强度为0.057 T，此时阴极中心位置的空间分辨可达5 lp/mm，阴极边缘位置空间分辨稍差。基于光电子脉冲准线性展宽技术，可将漂移距离50 cm，初始脉宽10 ps的电子脉冲展宽10倍，从而可将门控MCP探测器的时间分辨提高1个量级（即10 ps以内）。

为了准确模拟出直线感应加速器中聚束磁场的值, 首先利用单积分法计算出理想情况下的聚束磁场的值, 再进一步用磁路分析的方法考虑直线感应加速器的加速腔中匀场环对聚束磁场的影响, 然后推导出一组偏离角度与磁场分量相关的公式。将最终得到的聚束磁场分量与直线感应加速器模型结合起来, 采用粒子模拟的方法来模拟电子束在加速段中的输运过程, 并对结果加以分析。

对直线感应加速器中电子束的输运过程进行数值模拟研究,采用了时域有限差分与粒子模拟相结合的方法。在对直线感应加速器建模的过程中,成功地使用了非均匀网格模型,实现了对加速腔精细结构的建模。并在加速间隙处加入了加速场。通过3个步骤实现了直线感应加速器加速腔中聚束磁场的模拟,最后将聚束场与加速段结合起来模拟电子束的输运过程,并对结果加以分析,验证了方法的正确性。

在2维小信号模型的基础上,分析了均匀和周期永久聚焦磁场对抑制返波自激振荡的影响.研究结果表明:改变聚焦磁场的幅值或周期来增加起振长度是可能的, 而且不会改变基波的互作用条件.与此同时,对起振长度、初始非同步速度参量随皮尔斯增益参量、空间电荷参量、损耗参量等的变化,以及在超宽带行波管中当存在两个或多个角向非对称空间谐波时,起振长度、初始非同步速度参量随周期永久聚焦磁场的变化进行了研究.优化设计聚焦磁场、电子注和螺旋线慢波系统的参量可以对螺旋线行波管的稳定性分析提供必要的依据.