碘化铯（CsI）光电阴极广泛应用于超快诊断中，光电子的空间分布、能量分布、时间分布等与条纹变像管的整体性能有着密切的关联。本文联合粒子仿真软件Geant4和三维电磁软件CST实现了对CsI光电阴极的光电子产生与控制过程的全动态模拟。采用Geant4软件对CsI光电阴极的光电转换过程进行建模，分析了二次电子出射能量、时间、位置、角度等发射特性；通过数据交互，统计了出射光电子的分布规律，然后将其应用于CST中建立阴极发射模型，并在CST中设计出一款弧矢、子午方向上放大倍率皆为2的各向异性聚焦条纹变像管。

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。

分别介绍了不同类型的条纹管超高速探测器件、组件的工作原理、结构组成和基本性能参数。详细论述了两种典型结构条纹管器件的结构特点,工作原理, 空间分辨率和时间分辨率测试。此外, 还介绍了两种条纹管组件的结构, 工作原理和实际测试结果。条纹管器件和组件采用独特的结构设计、实现超高速时空转换, 获得了皮秒级乃至飞秒级的时间分辨率, 是目前时间分辨率最高的光电探测器件。基于高时间分辨率性能的拓展, 条纹管器件和组件在惯性约束、激光雷达和科学研究等超高速探测领域具有广泛的应用前景。

围绕小型条纹变像管, 数值研究了光电阴极发射的光电子的初始能量及球面阴极曲率半径对物理时间分辨率及时间畸变的影响.结果表明：物理时间分辨率受光电子初始能量影响较大, 受阴极曲率半径及离轴距离影响较小; 离轴距离越大, 时间畸变越大; 平面型光电阴极在离轴8 mm的物点处, 时间畸变大于40 ps; 随着阴极曲率半径的减小, 时间畸变逐渐由正值变为负值; 当阴极曲率半径为70 mm时, 条纹管在整个阴极工作狭缝16 mm内的时间畸变小于8 ps; 同时, 在4.3 ns全屏扫描时间条件下, 光电阴极发射的狭缝像在荧光屏上几乎没有弯曲, 且即使在离轴8 mm的物点处, 光电阴极空间分辨率仍可高达25 lp/mm @ MTF=10%. 此外, 实验测试了条纹变像管的静态空间分辨率、阴极积分灵敏度及条纹变像管的亮度增益特性.测试结果显示：光电阴极中心处空间分辨率高于28 lp/mm, 边缘处高于18 lp/mm; 阴极灵敏度为178 μA/lm, 亮度增益高于12, 远高于具有相同探测面积的皮秒条纹变像管的亮度增益(亮度增益仅为0.5), 在条纹管激光雷达领域具有较强的弱信号探测能力.

基于条纹管激光雷达原理与组成,对条纹管探测器输入、输出光学系统进行了小型化和高传输效率设计;针对激光雷达特点,对条纹管峰值响应波长进行了优化,对电子光学系统、偏转系统进行了高分辨率设计,给出了整管的性能参数测试典型值;开发了包括门控电源、扫描电源、高精度同步控制电路在内的电子控制系统,给出了测试典型值。对研制的整个条纹管探测器尺寸、性能参数、接口等作了介绍,并对探测器进行了外场激光雷达试验,获得了清晰的灰度像和三维距离像,证明了条纹管激光雷达体制的可行性和广泛应用前景。

研制了一套X射线条纹相机光电阴极检测系统, 用于激光惯性约束聚变中阴极的快速标定和检测。通过三位一体的条纹变像管设计, 条纹变像管电子光学系统的优化, 真空室、控制系统的制备, 系统的装调、集成和测试, 研制了光电阴极检测系统。组建了阴极系统静态测试平台, 标定了其静态特性, 测试结果显示: 3条条纹像中心的偏移率在狭缝方向为2.8%, 在垂直于狭缝方向为6.6%, 平均放大倍率1.29, 误差在0.8%, 边缘空间分辨率大于10 lp/mm。该系统可以满足激光聚变诊断研究对于X射线条纹相机光电阴极的检测需求。

采用激光焊接技术进行了条纹管偏转接头与不锈钢金属管壳的对焊拼接。研究了焊接能量、离焦量和保护气体等参数对焊接质量的影响。通过焊接气密性的检验和焊接面形貌的分析, 优化了激光焊接工艺参数。结果表明, 在最优参数下, 条纹管偏转系统符合真空器件气密性的要求。此外, 整管表现出较高的可靠性。