超快电子衍射装置可以同时实现原子级空间分辨率与飞秒级的时间分辨率，在物理、化学、生物等前沿科学领域有广泛的应用前景。其功能实现的关键在于获得高品质的电子束团，其中装置的时间分辨率大小主要由束团纵向长度决定，空间分辨率则与横向发射度密切相关。螺线管是UED系统中唯一的横向聚焦器件，它产生的磁场决定了束团的束斑大小和横向发射度。在空间电荷力作用下，束流传输过程中束团的束斑大小和横向发射度不断增大，需要使用螺线管进行补偿。本文主要工作是对螺线管的结构进行设计，最大程度的限制束团发射度增长。
　　文章首先对一种常用的带极靴螺线管模型进行研究，通过轴线磁场分布数学模型与经验公式，将束流横向发射度、螺线管磁场分布与内径、气隙长度等结构参数联系起来，建立了一套参数化的螺线管设计方法。结合Opera和Parmela软件进行磁场及束流动力学分析，建立了完整的螺线管透镜设计分析流程。
　　针对无法用数学公式表示的螺线管模型，本文采用结构设计与仿真计算相结合的方式，根据束流计算结果修改结构参数，不断迭代最终得到优化的螺线管参数。为了得到更优的螺线管结构，本文对三种不同的模型进行了研究。确定了气隙长度、极靴形状、材料饱和以及螺线管轴向和径向尺寸等因素与束流品质的关系，为螺线管模型优化奠定了理论基础。对当前工程中实际使用的一种多线圈螺线管模型进行磁场和束流分析，针对其结构完成了参数优化。最后根据电子运动轨迹上的磁场分布，分离出多极场分量。深入研究对束流的横向发射度有较大影响的杂散四极场，并在理论上给出了一种补偿方法。