条纹相机集超高时间分辨、高空间分辨和光谱分辨于一体,在光物理、光化学、医学及生命科学等基础前沿研究领域和激光成像雷达、惯性约束聚变等国家战略技术研究中都是不可或缺的超快诊断仪器。然而,目前条纹相机的设计大都集中于提高时间分辨率,存在阴极有效工作面积小且体积较大、较为笨重等不足。本论文成功设计并研制了一种超小型的条纹相机,能够在实现较大的阴极有效探测面积的同时保证较高的空间分辨率及皮秒级时间分辨率。本论文结合有限积分法、粒子模拟法、蒙特卡洛法等对超小型条纹管进行了数值模拟设计,并引入了正交试验法,有效提高了设计效率,且有助于了解系统各个部分对总体性能的影响情况,为条纹管的优化设计提供指导。本论文设计了一种具有国际先进水平的大探测面积超小型条纹管,所设计条纹管采用球面阴极与球面荧光屏结合的方案来减小边缘像差与时间畸变,在增大条纹管探测面积的同时保证了成像空间分辨率;采用无栅网结构,减小阴栅打火几率,提升条纹管的稳定性和可靠性;在聚焦极前引入一辅助聚焦电极以增加条纹管可调节性,同时弥补无栅网配置导致的时间分辨率降低的缺点,确保了条纹管皮秒级的时间分辨率;偏转器采用倾斜梯形结构,减小偏转板边缘场对边缘电子产生的散焦效应,以满足大探测面积的要求。最终成功设计了一种超紧凑型配置的条纹管:条纹管尺寸约为Φ55 mm×110 mm,时间分辨率优于30 ps,在阴极有效面积为Φ28 mm的情况下,静态空间分辨率和动态空间分辨率分别优于20 lp/mm和10 lp/mm,放大倍率约为1.07。本论文采用数值计算法对条纹管的时间畸变进行了全面的分析。分析表明形成时间畸变的主要区域是阴极到偏转板入口的部分;主要影响因素是阴极曲率半径,该曲率半径存在一个最佳值使得条纹管的时间畸变最小;时间畸变的绝对值随着光电子从阴极发射的初始高度的增加而增大。另外,分析了不同阴极曲率半径下由于时间畸变不同导致的动态扫描狭缝像的弯曲情况,时间畸变越小,则狭缝像的弯曲程度越小。根据模拟设计结果研制了超小型条纹管,并搭建了实验测试平台,对所研制的超小型条纹管进行了全面的静态性能测试。所研制的超小型条纹管成像畸变小,阴极响应灵敏度高,输出均匀性好,条纹管的放大倍率接近于1,静态空间分辨率在阴极面积Φ28 mm的范围内达到20 lp/mm,与模拟设计结果一致。根据所研制的超小型条纹管的性能参数,理论分析了基于该条纹管的激光成像雷达系统的关键性能。条纹管阴极有效探测面积对成像系统的分辨率、景深以及方位角视场都起着关键作用,激光成像雷达的空间分辨率和距离分辨率与条纹管有效探测面积呈负指数关系,方位角视场与景深与条纹管有效探测面积成反比。