随着超快动力学研究方法的突破性进展,目前已经可以使用亚毫埃空间分辨率以及亚皮秒时间分辨率的四维成像系统研究大量物理学、化学和生物学中超快反应的动力学过程。超快电子衍射可探测物质在超短时间内发生的结构变化,通过精密控制激光脉冲和飞秒电子脉冲可以获得物质结构动力学过程,从而得到物质超快过程的四维成像。电子间强烈的库仑排斥力导致传统的超快电子枪为了获得较高时间分辨率超快电子脉冲,其单个电子脉冲的电子数量较少,因此获得清晰的电子衍射图就需要较长的积分时间。这严重制约了超快电子衍射实验的效率,同时也为不可逆过程的研究带来很多困难。为了获得高亮度的、超短的电子脉冲,在传统的超快电子衍射系统的基础上,我们利用电子脉冲射频压缩技术设计了一种相位锁定大功率射频放大系统,通过同步射频腔产生的射频电场相位与电子枪产生的高亮度电子脉冲,压缩电子脉冲的脉宽,补偿由于电子间库仑排斥力引起的超快电子脉冲展宽。本论文主要包括下列部分：首先,介绍超快电子衍射实验的发展背景和电子衍射的基本理论,并总结了目前超快电子衍射领域国内外研究进展和发展趋势。分析了国内外各个小组为了克服电子间强烈的库伦排斥力设计的各类超快电子衍射系统的优劣。其次,为了得到高亮度超快电子脉冲,我们采用了一种可靠、稳定、可精确调节的相位锁定大功率射频放大系统,其相位锁定装置可以将射频信号相位精确锁定飞秒脉冲。阐述射频压缩超快电子衍射系统的主要组成部分,尤其是着重分析了射频压缩电子枪结构和射频腔的主要性能。最后,为了研究超快电子脉冲的性能,利用自相关法测量超快电子束的脉宽,利用法拉第杯测量单个电子脉冲电子的数目。为了进一步的超快电子衍射实验,利用银针的激光等离子体现象确定了超快电子脉冲和超快激光的时间零点。