1、在四維時空探測領(lǐng)域，超快電子衍射技術(shù)，作為XFEL衍射技術(shù)的一個有力補充，能夠更好地幫助研究人員觀察和理解原子尺度物質(zhì)結(jié)構(gòu)動力學過程。近年來，隨著兆伏特超快電子衍射與成像概念的?出，國內(nèi)外大學和研究所都在積極研發(fā)相關(guān)實驗設(shè)備。在國家重大科研設(shè)備研制專項的資助下，我們開展了原子尺度超高時空分辨兆伏特電子衍射與成像系統(tǒng)的研制，?出在倒空間實現(xiàn)40飛秒和0.1埃的時空分辨率，在實空間實現(xiàn)單發(fā)10皮秒和10納米的時空分辨率。
　　為了實現(xiàn)

2、超高時空分辨率，我們設(shè)計了一套兆伏特超快電子衍射原型裝置。本論文在這一基礎(chǔ)上，搭建和調(diào)試了原型裝置，開展了一系列倒空間、實空間探索性實驗，并為新裝置的進一步優(yōu)化?供理論和實驗依據(jù)。
　　在倒空間模式下，采用泵浦探測技術(shù)實現(xiàn)單晶金薄膜的動態(tài)衍射。通過激光誘導的等離子體陰影法確定時間零點，通過電子束流縱向演化的模擬計算指導實驗操作、優(yōu)化系統(tǒng)狀態(tài)，從而獲得了大約1皮秒和0.1埃的時空分辨率。進一步研究發(fā)現(xiàn)，微波本身的相位抖動（實測為1.

3、37°，RMS）影響了電子與激光的時間抖動，進而限制了系統(tǒng)的時間分辨能力。這為優(yōu)化時間分辨率至40飛秒?供研究基礎(chǔ)。
　　在實空間模式下，?出了電子源能散的優(yōu)化方案，并且實現(xiàn)兆伏特電子超快成像。超快電子成像的空間分辨率由像差和色差決定，對于兆伏特電子，像差可以忽略，因此降低電子束的非線性能散是減小色差項影響并?高空間分辨率的關(guān)鍵因素。通常利用諧波腔補償非線性能散的方案需要額外增加一套微波源系統(tǒng)，獲取成本更高，并且存在兩套微波系統(tǒng)之

4、間高精度相位同步實現(xiàn)困難的問題。本論文首次在低能量、低電荷量范圍內(nèi)實現(xiàn)兩維平行板褶皺結(jié)構(gòu)對電子束的非線性能散補償，同時證明對稱性破缺帶來的四極尾場可以相互抵消，消除了這部分尾場導致的橫向發(fā)射度增長。實驗結(jié)果顯示，核心電子束部分的非線性能散接近完全補償，整體電子束能散的半高全寬下降為原來的三分之一；并且觀察到四極尾場完全抵消的實驗現(xiàn)象。
　　在電子源品質(zhì)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，開展了物鏡一級放大的單發(fā)超快電子成像實驗。盡管當前實驗條件和技術(shù)有