超快电子衍射仪结合超短激光脉冲技术和电子衍射技术，同时具有超快时间分辨和超高空间分辨的特点，是探测物质瞬态结构变化及超快动力学不可或缺的实验手段，在物理、化学、材料与生物等科学研究领域，有着重大的应用，推动飞秒物理、飞秒化学及飞秒生物学快速发展。本论文首先对超快电子枪进行了优化模拟分析，采用边界元方法计算阴阳极及偏转板周围电场分布和磁透镜周围磁场分布，采用龙格-库塔方法计算了电子在电子枪中运行轨迹，确定了系统最佳像面的位置，统计计算了大量电子在最佳像面处的参数，包括位置信息、能量信息、角度信息、时间信息等，优化后系统的电子束斑直径约为0.029mm,发散角度约为0.029o，能量弥散为9.8eV，时间分辨率达到270fs，空间分辨率为60lp/mm。超快电子衍射仪主要由超快电子枪、真空室、飞秒激光光源、真空系统、探测系统及控制系统组成，详细描述了各系统的机械、工艺等研制过程，并将各个系统进行安装组合，成功研制了一套超快电子衍射仪。采用紫外灯作为激发光源，搭建了实验平台对超快电子衍射仪静态性能进行了实验分析。实验测量得到系统电子束斑直径约300μm，X、Y方向的偏转灵敏度分别为23.24mm/KV、48.64mm/KV。应用该UED系统，采用自主研制20nm厚度的铝薄膜，进行了静态电子衍射，并得到衍射花样，通过对衍射图样分析得出系统空间分辨率优于0.36%晶面间距。